-
Évezredek óta tudjuk,
-
csak körül kell néznünk a környezetünkben,
-
hogy különféle anyagok vannak.
-
Ezeknek a különféle anyagoknak gyakran eltérő tulajdonságaik vannak.
-
Nem csak hogy tulajdonságaikban különböznek,
-
például másféleképp verik vissza a fényt, vagy egyáltalán nem verik vissza.
-
Vagy különböznek színükben, hőmérsékletükben,
-
lehetnek folyadékok, gázok vagy szilárd anyagok.
-
Ezeken felül megfigyelhetjük,
-
hogy adott körülmények között miképp reagálnak egymással.
-
Íme néhány ilyen anyag képe.
-
Ez itt szén, grafit formájában,
-
ez itt ólom; ez pedig az arany.
-
Mindhárom anyag, amelyek képeit itt látod,
-
erről a weboldalról származnak.
-
Mindhármat szilárd állapotukban láthatod, de azt is tudjuk, hogy...
-
Úgy néz ki, hogy valamilyen levegő van benne,
-
bizonyos fajta levegő részecskék,
-
és attól függően, hogy miféle levegő részecskét nézünk,
-
legyen az szén, oxigén, vagy nitrogén,
-
úgy tűnik, hogy különböző tulajdonságaik vannak.
-
Vannak más anyagok, amik lehetnének folyadékok,
-
vagy akár ezek is lehetnek, ha eléggé megemeljük a hőmérsékletüket.
-
Ha elég magas hőmérsékletnek tesszük ki az aranyat vagy az ólmot,
-
cseppfolyósíthatjuk őket.
-
Vagy ha úgymond elégetjük ezt a szenet,
-
gáz halmazállapotú anyag keletkezik,
-
kiengedheted a légkörbe.
-
Megbonthatod a szerkezetét.
-
Ezek olyan dolgok,
-
amelyeket az emberiség évezredek alatt megfigyelt.
-
Ez elvezet egy magától értetődő kérdéshez,
-
amely korábban filozófiai kérdés volt,
-
de ma már kicsit jobban meg tudjuk magyarázni.
-
A kérdés pedig: ha még tovább bontjuk ezt a szenet,
-
apróbb és apróbb részekre,
-
van-e legkisebb darab?
-
Van-e olyan legkisebb egysége ennek az anyagnak,
-
ami még mindig rendelkezik a szén tulajdonságaival?
-
És ha azt még tovább tudnád bontani,
-
akkor elveszítené-e a szén jellegét?
-
A válasz az, hogy van.
-
És hogy megismerjük az erre használt szakszót,
-
a különböző anyagokat, ezeket a tiszta anyagokat,
-
amik ezeket a különleges tulajdonságokat mutatják adott hőmérsékleten,
-
és adott módon reagálnak,
-
elemeknek hívjuk.
-
A szén elem. Az ólom elem. Az arany elem.
-
Mondhatnád, hogy a víz is elem.
-
A történelem során az emberek elemként hivatkoztak a vízre,
-
de ma már tudjuk, hogy a víz több alapelemből épül fel.
-
Oxigénből és hidrogénből.
-
Ezek a elemek mind szerepelnek
-
az elemek periódusos rendszerében.
-
C a szén.
-
Csak azokat említem, amik
-
fontosak az emberiség szempontjából,
-
de idővel talán majd minddel megismerkedsz.
-
Ez az oxigén. Ez a nitrogén. Ez a szilícium.
-
Ez az Au, az arany. Ez az ólom.
-
A legalapvetőbb építőeleme ezeknek az elemeknek az atom.
-
Tehát ha egyre mélyebbre megyünk,
-
és egyre kisebb darabokat nézünk,
-
akkor eljutunk például a szénatomig.
-
Megtehetjük ugyanezt ezzel is,
-
és eljutunk az aranyatomig.
-
Ha ezt teszed ez esetben is,
-
akkor eljutsz olyan apró
-
– jobb szó híján – részecskéig,
-
amit ólomatomnak hívunk.
-
Ezt nem tudnád már tovább bontani úgy,
-
hogy továbbra is ólomnak hívhasd,
-
hogy továbbra is ólomra jellemző tulajdonságai legyenek.
-
Csak hogy el tudd képzelni,
-
- én elég nehezen tudom elképzelni -
-
az atomok hihetetlenül aprók.
-
Tényleg hihetetlenül kicsik.
-
Például ott van a szén.
-
A hajam is szénből épül fel,
-
sőt a legnagyobb részem szén.
-
Valójában minden élőlény legnagyobb része szén.
-
Ha a hajamat nézzük, az is szén.
-
A hajam jórészt szén.
-
Tehát ha a hajamat nézzük,
-
ami egyébként nem sárga,
-
de jól elüt a feketétől.
-
A hajam fekete, de ha úgy mutatnám,
-
nem látnád a képernyőn.
-
Ha a hajamat vesszük, megkérdezhetnélek,
-
hány szénatomnyi a szélessége.
-
Nézzük a hajam metszetét, ne a hosszát,
-
hanem a szélességét:
-
hány szénatom a szélessége?
-
Tippelhetnél: Sal már említette, hogy nagyon kicsi,
-
tehát lehet akár ezer szénatom is itt,
-
vagy tízezer, vagy százezer.
-
És erre én azt mondanám: nem!
-
Egymillió szénatom van itt.
-
Felfűzhetnél egymillió szénatomot
-
az emberi haj átlagos szélességén.
-
Ez persze csak egy becslés,
-
nem pontosan egymillió,
-
de ez érzékelteti, hogy milyen kicsi egy atom.
-
Csak húzz ki egy szálat a hajadból,
-
és képzeld el, hogy milliónyi dolgot
-
egymás mellé tehetsz a hajon keresztbe,
-
nem hosszába, hanem a keresztbe.
-
Még a haj szélességét is alig látjuk,
-
és egy milliónyi szénatom volna tehát
-
keresztbe a hajon.
-
Már önmagában is nagyon érdekes,
-
amit már tudunk,
-
hogy létezik ez az alapvető építőelem, a szén,
-
ami az elemek közül ez a legalapvetőbb építőelem.
-
Ami még ennél is szebb,
-
az az, hogy ezek az építőelemek egymáshoz kapcsolódhatnak.
-
A szénatom még kisebb részecskékből áll.
-
Az aranyatom még kisebb részecskékből áll.
-
És ezeknek az alapvető, elemi részecskéknek
-
az elrendeződése szabja meg az elemet.
-
Ha megváltoztatnád
-
az elemi részecskék számát,
-
megváltoztatnád az adott elem tulajdonságait,
-
azt, hogy hogyan reagál,
-
vagy magát az elemet is meg tudnád változtatni.
-
Csak hogy egy kicsit jobban megértsd,
-
beszéljünk egy kicsit az elemi részecskékről.
-
Tehát létezik a proton.
-
A proton határozza meg,
-
- azaz az atommagban lévő protonok száma,
-
és mindjárt az atommagról is beszélek, -
-
ez határozza meg az elemet.
-
Ez határozza meg az elemet.
-
Ha ránézel a periódusos rendszerre,
-
a rendszám alapján van sorba rendezve.
-
A rendszám pedig valójában
-
az adott elem protonjainak száma.
-
Így definíció szerint a hidrogénnek 1 protonja van.
-
A héliumnak 2 protonja van. A szénnek 6 protonja van.
-
Nem létezik szén 7 protonnal.
-
Ha lenne, az már nitrogén lenne.
-
Nem lenne többé szén.
-
Az oxigénnek 8 protonja van.
-
Ha valahogy hozzá tudnál adni még egy protont,
-
akkor többé már nem oxigén lenne.
-
Fluor lenne. Tehát ez határozza meg az elemet.
-
Ez határozza meg az elemet.
-
A rendszám, a protonok száma.
-
A protonok száma, ne feledd,
-
az a szám, amit a jobb felső sarokba írnak
-
minden egyes elemnél a periódusos rendszerben.
-
A protonok száma
-
megegyezik a rendszámmal.
-
Megegyezik a rendszámmal.
-
Ide felülre írják, mivel
-
ez az elem meghatározó jellemzője.
-
A másik két alkotója az atomnak
-
– azt hiszem hívhatjuk így őket –
-
az elektron és a neutron.
-
A modell, amit gondolatban elkezdhetsz felépíteni,
-
a modell, a kémia tanulmányaink előrehaladtával
-
egy kicsit elvontabb lesz,
-
így egyre nehezebben megfogalmazható.
-
De elképzelheted például úgy, hogy
-
a protonok és neutronok
-
vannak az atom központjában.
-
Ez az atommag.
-
Például a szénről tudjuk, hogy 6 protonja van.
-
Egy, kettő, három, négy, öt, hat.
-
A szén-12 a szén egy változata,
-
aminek 6 neutronja is van.
-
Lehetnek különböző változatai a szénnek,
-
különböző neutronszámokkal.
-
Tehát a neutronszám változhat, az elektronszám változhat,
-
de továbbra is ugyanaz az elem marad.
-
A protonok száma nem változhat.
-
Ha megváltoztatod a protonok számát, megváltozik az elem.
-
Hadd rajzoljak egy szén-12 atommagot.
-
Egy, kettő, három, négy, öt, hat.
-
Ez itt tehát a szén-12 atommagja.
-
Előfordulhat, hogy így írják.
-
Előfordulhat, az is, hogy a
-
protonok számát is felírják.
-
Az oka annak, hogy miért írunk szén-12-t,
-
- leszámoltam 6 neutront -
-
az, hogy ez az összege,
-
láthattad, hogy ez lesz az összege...
-
- az egyik megközelítés szerint,
-
amin a továbbiakban még finomítani fogunk –
-
tehát ez az összege
-
az atommagban lévő protonok és neutronok számának.
-
Definíció szerint a szén rendszáma 6.
-
Ezt fel is írhatjuk ide,
-
csak hogy emlékezzünk rá.
-
Tehát a szénatom központjában van ez az atommag.
-
A szén-12-nek 6 protonja és 6 neutronja van.
-
Egy másik változata a szénnek a szén-14, aminek szintén
-
6 protonja, viszont 8 neutronja van.
-
Tehát a neutronok száma változhat,
-
de nézzük újra a szén-12-t.
-
Amennyiben a szén-12 semleges,
-
és mindjárt el is magyarázom, hogy ez mit jelent,
-
ha semleges, akkor elektronból is 6 van neki.
-
Hadd rajzoljam le a 6 elektront.
-
Egy, kettő, három, négy, öt, hat.
-
Ez alapján elkezdhetünk gondolkodni azon,
-
hogy milyen kapcsolat áll fenn
-
az elektron és az atommag között.
-
Képzeld el, hogy az elektronok
-
mondhatni az atommag körül
-
mozognak, keringenek.
-
Az egyik modell alapján
-
elképzelhetjük, hogy az atommag körül keringenek,
-
de ez nem teljesen igaz.
-
Nem úgy keringenek, mint ahogy
-
az égitestek keringenek a Nap körül,
-
de ez jó kiindulási pontnak.
-
Egy másik elgondolás, hogy ugrálnak az atommag körül,
-
vagy az atommag körül nyüzsögnek.
-
És azért így magyarázzuk,
-
mert a valóságban nagyon furcsa dolgok történnek,
-
és a kvantumfizikát kellene segítségül hívnunk ahhoz,
-
hogy tényleg megértsük mit is csinálnak az elektronok.
-
De abban a modellben, amit érdemes először elképzelned,
-
az atom közepén, a szén-12 atomban
-
van ez az atommag.
-
Ez az atommag van jelen,
-
és ezek az elektronok ugrálnak körülötte.
-
Az ok, amiért ezt teszik az elektronok,
-
és nem csak elrepülnek,
-
amiért valahogy kötődnek ehhez az atommaghoz,
-
és részét képezik az atomnak,
-
az az, hogy a protonnak pozitív a töltése,
-
az elektron töltése pedig negatív.
-
Ez az egyik jellemzője ezeknek az elemi részecskéknek.
-
Amikor azon kezdesz el gondolkodni,
-
hogy a töltés mitől több, mint egy jel,
-
mélyebbre kell, hogy menjünik.
-
Azt az egyet viszont tudjuk,
-
hogy amikor elektromágneses erőről beszélünk,
-
az azt jelenti, hogy az ellentétes töltések vonzzák egymást.
-
Így a leghelyesebb elgondolás a következő:
-
a protonok és elektronok,
-
mivel ellentétes töltésűek,
-
vonzzák egymást.
-
A neutronok semlegesek,
-
tehát csak ott ülnek az atommagban,
-
és valamilyen szinten ezek is befolyásolják a jellemzőket
-
egyes elemek egyes atomjai esetén.
-
Az ok azonban, amiért az elektronok
-
nem repülnek el csak úgy,
-
az az, hogy vonzás hat rájuk.
-
Vonzza őket az atommag.
-
A sebességük is elképzelhetetlenül nagy.
-
Nehéz elképzelni.
-
Megint a fizika egy nagyon furcsa részét érintjük,
-
amint arról kezdünk beszélni,
-
hogy mit is csinál az elektron.
-
Mondhatnád úgy is,
-
hogy körös-körül ugrál,
-
nem akar csak úgy belezuhanni az atommagba.
-
Tehát így is el lehet képzelni.
-
Említettem tehát, hogy ezt a szén-12-t
-
a protonok száma határozza meg.
-
Az oxigént a 8 proton határozza meg.
-
De még egyszer, az elektronok kölcsönhatásba léphetnek más elektronokkal.
-
Másik atom elveheti őket.
-
És erre az alapra épül
-
sok mindennek a megértése a kémiában.
-
Azon alapszik, hogy hány elektronja van az atomnak,
-
vagy az adott elemnek,
-
és ezek az elektronok hogyan helyezkednek el,
-
és más elemek elektronjai hogyan helyezkednek el,
-
vagy esetleg ugyanazon elem más atomja hogy helyezkednek el.
-
Előrejelezhetjük, hogy egy elem atomja
-
hogyan fog reagálni ugyanazon elem egy másik atomjával,
-
vagy egy elem atomja hogyan reagál,
-
hogyan kötődik, vagy nem is kötődik, hanem vonzza,
-
vagy taszítja egy másik elem atomját.
-
Így például
-
– erről majd később sokkal többet fogunk tanulni –
-
más atomok képesek arra, bizonyos esetekben,
-
hogy elektront szívjanak el a széntől,
-
csak azért, mert valamilyen oknál fogva
-
bizonyos elemek, bizonyos semleges atomjainak
-
nagyobb az elektronaffinitása, mint másoké.
-
Lehetséges, hogy ezek közül egy
-
elszív egy elektront a széntől,
-
és így a szénnek
-
kevesebb elektronja lesz, mint protonja.
-
Így 5 elektronja lesz és 6 protonja.
-
Összesítve pozitív töltés fog kialakulni.
-
Ebben a szén-12-ben, az első változatban, amiről beszéltem,
-
volt 6 proton, 6 elektron, a töltések kiegyenlítették egymást.
-
Ha elveszít egy elektront, akkor csak 5 marad belőle,
-
és így összesítve egy pozitív töltése lesz.
-
Erről jóval többet fogunk még beszélni,
-
a kémia videók során,
-
de remélhetőleg már most elismered,
-
hogy ez mennyire izgalmas téma.
-
Eljutottunk az alapvető építőegységekig,
-
amelyeket atomnak nevezünk.
-
Ami még ennél is jobb,
-
hogy ezek az alapvető építőegységek
-
még alapvetőbb építőegységekből épülnek fel.
-
Ezek az egységek cserélődhetnek,
-
és megváltoztathatják az atomok jellemzőit,
-
vagy akár átjuthatnak az adott elem egy atomjáról
-
egy másik elem atomjára is.
