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Wir Menschen wissen seit Tausenden von Jahren, dass es in der Umwelt um uns herum verschiedene Substanzen gibt.
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Diese verschiedenen Substanzen haben verschiedene Eigenschaften.
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So reflektieren verschiedene Substanzen das Licht in einer bestimmten Weise oder sind schwarz, reflektieren also kein Licht.
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Oder sie haben eine bestimmte Farbe oder eine bestimmte Temperatur; sind gasförmig, flüssig oder Festkörper-
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Aber wir beobachten auch, wie die Substanzen unter bestimmten Umständen miteinander reagieren.
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Hier sehen Sie Bilder einiger dieser Substanzen. Das hier ist Kohlenstoff, und dies hier Graphit.
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Das hier ist Blei, das hier ist Gold.
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Und all die, die ich Euch hier gezeigt habe, habe ich von einer Webseite
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und alle sind hier in ihrer festen Form aber wir wissen auch
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bzw. es sieht so aus, als wäre eine Art von Luft darin oder bestimmte Luftpartikel
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je nachdem ob es Kohlenstoff, Sauerstoff, oder Stickstoff ist,
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haben diese Elemente verschiedene Eigenschaften. Oder es gibt andere Dinge, die
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flüssig sein können,
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wenn Du die Temperatur sehr erhöhst.
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Wenn die Temperatur hoch genug ist,
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wird auch Gold oder Blei flüssig.
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Oder wenn Sie diesen Kohlenstoff verbrennen
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dann geht er in einen gasförmigen Zustand über
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und entweicht in die Atmosphäre.
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Du kannst die Struktur des Kohlenstoffs verändern.
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Das sind alles Beobachtungen, die wir längst wissen
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und die seit Menschengedenken beobachtet werden.
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Aber das führt zu einer nahefliegenden Frage,
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ursprünglich eine philosophische Frage,
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die wir aber heute ein wenig besser beantworten können.
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Und die Frage ist: Wenn Du diesen Kohlenstoff in immer
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kleinere und kleinere Brocken zerbrichst,
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gibt es dann ein kleinstes Teilchen?
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Eine kleinste Einheit von dieser Substanz,
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die immer noch die Eigenschaften von Kohlenstoff hat?
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Und wenn Du das immer noch weiter zerbrechen würdest,
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würde dann die Eigenschaften von Kohlenstoff verloren gehen?
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Und die Antwort lautet: Es gibt kleinere Einheiten.
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Und um das in der richtigen Terminologie auszudrücken:
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Wir nennen diese verschiedenen Stoffe, die diese reine Stoffe
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diese reinen Substanzen, die spezifische Eigentschaften bei bestimmten Temperaturen haben,
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und die auf ganz bestimmte Weise reagieren,
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Wir nennen sie Elemente.
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Kohlenstoff ist ein Element, Blei ist ein Element, Gold ist ein Element.
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Du könntest nun sagen, dass Wasser auch ein Element ist.
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Und in der Geschichte haben die Leute wirklich angenommen, dass Wasser ein Element sei.
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Aber wir wissen heutzutage, dass Wasser aus mehreren einfachen Elementen besteht.
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Es besteht aus Sauerstoff und Wasserstoff.
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Und alle Elemente sind hier im Periodensystem der Elemente aufgelistet.
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im Periodensystem der Elemente.
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steht C für Carbon (Kohlenstoff) - ich gehe mal durch die Elemente, die
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--Ich gehe gerade durch die
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für die Menschheit besonders relevant sind - aber mit der Zeit
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wirst Du mit all diesen Elementen noch vertrauter werden.
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Das ist Sauerstoff, das ist Stickstoff, das ist Silizium
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Das hier: - AU - ist Gold. Das ist Blei.
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Und die einfachste Einheit all dieser Elemente ist das Atom.
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Wenn man eine Substanz also in
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immer kleinere Bröckchen zerbricht, dann müsste man
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am Ende eventuell ein Kohlenstoff-Atom erhalten.
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Wenn man das hier mit dem macht, bekommt man letzlich ein Goldatom.
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Schließlich erhalten Sie eine Goldtom.
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Und wenn Du das hier zerbröckelst, bekommst Du
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einige dieser ganz kleinen
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- da gibt es kein besseres Wort dafür - Partikel,
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die wir dann Bleiatome nennen.
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Diese Atome können wir nicht weiter zerkleinern
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und immer noch Blei nennen.
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Wenn wir das täten, würde die Eigenschaften von Blei nicht mehr vorliegen.
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Und nur um Ihnen eine Idee zu geben
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und das fällt selbst mir schwer:
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Atome sind unglaublich klein.
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Wirklich, unvorstellbar klein.
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Nehmen wir als Beispiel Kohlenstoff.
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Mein Haar besteht auch aus Kohlenstoff. Tatsächlich bestehe ich
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zu einem großen Teil aus Kohlenstoff.
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Und fast alle Lebewesen sind aus Kohlenstoff.
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Wenn Du mein Haar nimmst, das ist aus Kohlenstoff.
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Mein Haar besteht vorwiegend aus Kohlenstoff.
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Wenn Du das Haar hier von mir nimmst
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--mein Haar ist nicht gelb
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aber es hebt sich deutlich vom Schwarz ab.
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In Wirklichkeit ist mein Haar ist schwarz, aber wenn ich das machen würde, könntest
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Du es nicht am Bildschirm sehen.
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Aber wenn Du mein Haar hier nehmen würdest und ich würde Dich fragen:
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Wieviel Kohlenstoffatome ist mein Haar breit?
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Wenn wir also einen Querschnitt durch mein Haar machen würden, also nicht der Länge nach
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sondern Breite nach und jemand fragt:
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Wieviele Atome breit ist das?
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Du kannst ja raten, Du weisst ja ein Atom ist sehr klein
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dann sind vielleicht tausend Kohlenstoff-Atome hier.
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oder 10.000 oder 100.000 Kohlenstoff-Atome.
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Und ich würde sagen: Nein! Es sind eine Million Kohlenstoff-Atome.
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Es sind eine Million Kohlenstoffatome.
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Oder anders ausgedrückt: Du könntest eine Million Kohlenstoff-Atome auf einer Kette auffädeln um auf die Dicke
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eines Durchschnittshaars eines Menschens zu kommen.
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Und das ist nur eine Näherung, es ist nicht exakt.
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Es ist nicht genau 1 Million,
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aber es gibt Dir eine Vorstellung davon, wie klein ein Atom ist.
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Weisst Du, zieh mal ein ein Haar aus Deinem Schopf
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und stell Dir vor, da eine Million Dinge nebeneinanderzustellen,
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so über den Haarquerschnitt verteilt,
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nicht über die Länge des Haares - über die Breite.
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Es ist schon schwer genug die Breite des Haares zu sehen.
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Und dann sitzen da eine Million Kohlenstoff-Atome
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über den Querschnitt verteilt.
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Ist es nicht ziemlich cool
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dass wir wissen, dass
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es diesen einfachen Baustein
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vom Kohlenstoff und von jedem anderen Element gibt?
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Aber was noch interessanter ist, ist dass diese einfachen Bausteine
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miteinander in Beziehung stehen.
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Ein Kohlenstoffatom besteht aus noch grundlegenderen Partikeln
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Ein Goldatom besteht aus noch grundlegenderen Partikeln
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Und es ist tatsächlich erst durch
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die genaue Anordnung dieser zugrundeliegenden Partikel festgelegt,
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dass es sich um ein Gold-Atom handelt. Wenn man die Anzahl
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der einfachen Teilchen ändern würde,könnte man die
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Eigenschaften dieses Elements ändern,
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wie es reagieren würde,
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- oder man könnte das Element selbst ändern.
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Und nur um das ein wenig verständlicher zu machen:
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Lass uns kurz über diese zugrundeliegenden Teilchen reden.
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Es gibt das Proton.
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Das Proton ist tatsächlich das definierende Partikel
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--die Anzahl der Protonen im Atomkern
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- und Ich spreche gleich über den Atomkern -
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definiert ein bestimmtes Element.
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Genau das definiert ein Element.
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Wenn man sich nun das Periodensystem anschaut, sind die Elemente
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tatsächlich in der Reihenfolge der Ordnungszahl geschrieben,
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und die Ordnungszahl ist
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einfach die Anzal der Protonen in einem Element.
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Definitionsgemäß besitzt Wasserstoff ein Proton.
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Helium besitzt zwei Protonen. Kohlenstoff hat sechs Protonen.
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Kohlenstoff kann niemals sieben Protonen haben,
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wäre dies so, so wäre dieser nun Stickstoff und nicht mehr Kohlenstoff.
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Es wäre einfach nicht mehr Kohlenstoff.
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Sauerstoff besitzt acht Protonen.
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Wenn man irgendwie ein Proton hinzufügen könnte,
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so wäre dieses Element es nicht mehr Sauerstoff,
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sondern Flour.
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So definiert die Ordnungszahl das Element.
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Die Atomnummer, also die Anzahl der Protonen -
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also die Zahl, die
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für jedes Element hier oben geschrieben wird
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im Periodensystem der Elemente
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die Anzahl der Protonen
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ist gleich der Ordnungszahl
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ist gleich der Ordnungszahl.
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Die Zahl steht hier, weil sie die
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charakteristischen Eigenschaften eines Elements definiert.
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Die anderen zwei wesentlichen Bestandteile eines Atoms -
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ich denke man kann es so beschreiben -
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sind das Elektron und das Neutron.
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Das Modell das man nun in seinem Kopf erstellen kann -
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und dieses Modell, wenn man sich etwas intensiver mit Chemie beschäftigt
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wird noch ein bisschen abstrakter werden
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und wirklich scher in ein Konzept zu bringen.
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Aber ein Weg das Modell zu beschreiben ist der Folgende:
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Man hat Protonen und Neutronen, die
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den Kern des Atoms bilden.
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Sie sind der Kern des Atoms.
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Zum Beispiel haben wir Kohlenstoff. Wir wissen, dass dieser sechs Protonen besitzt.
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Also eins, zwei drei, vier, fünf, sechs.
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Eine Version des Kohlenstoffs, Kohlenstoff 12, besitzt auch
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sechs Neutronen.
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Es gibt jedoch Arten von Kohlenstoff mit abweichender
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Anzahl von Neutronen.
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Somit kann die Anzahl der Neutronen und der Elektronen wechseln
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und man hat immernoch das gleiche Element.
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Die Anzahl der Protonen kann sich nicht verändern.
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Verändert man die Anzahl der Protonen erhält man ein anderes Element.
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Nun lasst mich einen Kohlenstoff 12 Kern zeichnen.
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Also eins, zwei, drei, vier, fünf, sechs.
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Das hier ist der Kern von Kohlenstoff 12.
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Manchmal wird das auch so geschrieben.
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Mitunter wird die Anazhl der
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Protonen ebenfalls angegeben.
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Der Grund warum wir Kohlenstoff 12 schreiben -
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ich habe sechs Neutronen gezählt
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ist dass dies die Gesamtzahl ist.
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Sie könnten dies als die Gesamtzahl sehen
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- eine Betrachtungsweise -
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ein greifen nun ein wenig in die Zunkunft -
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--ist, dass dies die Gesamtzahl
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der Protonen und Neutronen im Kern ist.
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Dieser Kohlenstoff hat per Definition eine Ordnungszahl von sechs,
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aber wir können das zur Erinnerung hier hinschreiben.
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nur, damit wir uns erinnern können.
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Im Zentrum des Kohlenstoffatoms haben wir den Kern
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und Kohlenstoff 12 hat sechs Protonen und sechs Neutronen.
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Eine andere Art des Kohlenstoffs, Kohlenstoff 14, hat immer noch
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sechs Protonen, aber acht Neutronen.
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Die Anzal der Neutronen kann sich also verändern,
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aber das hier ist und bleibt Kohlenstoff 12.
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Wenn Kohlenstoff 12 nun neutral ist
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und ich gebe euch gleich eine Ausführung dazu
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wenn C12 also neutral ist, dann hat es auch sechs Elektronen.
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Also, wenn ich sechs Elektronen zeichne,
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Eins, zwei, drei, vier, fünf, sechs.
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Ein Weg -- und das ist vielleicht der beste Weg -
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Über die Beziehung
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zwischen Elektronen und dem Atomkern nachzudenken, ist
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sich die Elektronen als sich um den Kern
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herum bewegende Teilchen vorzustellen,
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die um diesen Kern herumsummen.
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Ein Modell beschreibt die Elektronen als
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Teilchen, die um den Atomkern herumkreisen,
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aber das ist nicht ganz richtig.
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Sie kreisen nicht in der Art und Weise um den Atomkern wie ein Planet
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die Sonne umkreist.
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Aber mit diesem Modell kann man gut anfangen.
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Ein andere Beschreibung ist,
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dass sie um den Kern herum springen.
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Das wird so beschrieben, weil die Realität
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auf dieser Ebene sehr seltsam wird,
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Wir müssen uns mit Quantenphysik beschäftigen,
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um wirklich zu verstehen was die Elektronen machen.
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In der ersten Vorstellung eines Atoms,
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wie dieses Kohlenstoff 12 Atoms
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hat man den Atomkern im Zentrum.
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Der Kern ist genau hier.
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Die Elektronen springen um den Kern herum.
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Die Erklärung, warum sich die Elektronen nicht einfach von
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diesem Kern wegbewegen,
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warum sie irgendwie an den Kern gebunden sind
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und einen Teil des Atoms bilden, ist
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dass Protonen eine positive Ladung besitzten.
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und Elektronen haben eine negative Ladung.
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Es ist eine der Eigenschaften dieser Elementarteilchen.
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wenn man sich überlegt, was Ladung eigentlich von
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einem allgemeinen Kennzeichen unterscheidet,
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dann beginnt es schwierig zu werden.
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Die eine Sache, die wir wissen ist,
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dass wenn wir über elektromagnetische Kräfte sprechen,
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dann ist es sicher , dass sich ungleiche Ladungen anziehen.
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Der beste Weg über dies nachzudenken ist also:
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Protonen und Elektronen,
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haben unterschiedliche Ladungen
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und deswegen ziehen sie sich gegenseitig an.
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Neutronen sind neutral,
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sie befinden sich wirklich nur innerhalb des Kerns,
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und sie beeinflussen die Eigenschaften eines Atoms bis zu einem gewissen Grad
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bei bestimmten Elementen.
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Aber der Grund warum Elektronen
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nicht einfach vom Kern weg fliegen ist,
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weil sie von diesem angezogen werden.
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Sie werden zum Kern gezogen.
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Und sie haben eine unglaublich große Geschwindigkeit --
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es ist wirklich schwer vorzustellen
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und wir bewegen uns hier wieder einmal
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in einem sehr fremdartigen Bereich der Physik.
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Sobald wir beginnen, darüber zu reden
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was ein Elektron überhaupt tut
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es hat genug Energie
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Ich denke man könnte sagen,
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Es springt genug herum.
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damit es nicht in den Kern fällt.
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Dies ist eine Denkweise.
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Ich erwähnte also Kohlenstoff 12,
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definiert durch die Anzahl der Protonen.
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Sauerstoff wäre durch acht Protonen definiert.
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Elektronen können mit anderen Elektronen wechselwirken.
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Sie können durch andere Atome weggenommen werden.
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Dieser Prozess macht ein Großteil
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des Verständnisses für Chemie aus.
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Es geht darum, wie viele Elektronen ein Atom
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oder ein bestimmtes Element besitzt.
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Und wie diese Elektronen konfiguriert sind
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und wie Elektronen eines anderen Elements konfiguriert sind
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oder wie andere Atome des selben Elements konfiguiert sind.
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Wir können also anfangen, eine Vorhersage zu treffen wie ein Atom eines Elements
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mit einem anderen Atom des selben Elements reagiert,
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oder wie ein Atom eines anderen Elements reagiert.
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Oder wie es binden könnte, oder nicht binden könnte oder von einem anderen Element
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angezogen oder abgestoßen wird.
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Zum Beispiel
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und wir wir werden in der Zukunft noch viel darüber lernen,
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es ist für ein Atom möglich, warum auch immer, ein Elektron
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vom Kohlenstoff zu klauen.
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Wir werden noch darüber reden, aus irgendeinem Grund
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und wir werden noch rüber bestimmte neutrale Atome bestimmter Elemente reden
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Bestimmter Elemente haben eine größere Affinität für Elektronen
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Also eins, vielleicht eins von diesen, klaut eine Elekron
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vom Kohlenstoff,
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und dann wird dieser Kohlenstoff ein
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weniger Elektronen als Protonen haben,
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Wir haben dann fünf Elektronen und sechs Protonen
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Und plötzlich haben wir netto eine positive Ladung.
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Dieses Kohlenstoff 12, in der ersten Version,
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hatte 6 Protonen und 6 Elektronen, Die Ladung gleichen sich aus.
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Wenn ich ein Elektron verliere, hat es nur noch fünf
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und somit auch eine positive Ladung.
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Während der nächsten Chemievideos werden wir noch
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sehr viel mehr darüber hören,
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aber hoffentlich habt Ihr jetzt schon eine Vorstellung davon, dass
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dies wirklich cool werden wird.
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Wir sind schon bei dem fundermentalen Grundbaustein,
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dem Atom.
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Und was besonders toll daran ist: Dieser fundermentale Grundbaustein,
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wird aus noch grundlegenderen Grundbausteinen
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zusammengesetzt.
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All diese Dinge können verändert werden
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um die Eigenschaften eines Atoms zu verändern
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oder um sogar von einem Atom eines Elements
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zum Atom eines anderen Elements zu gelangen.
