-
Wij mensen weten al duizenden jaren
-
alleen maar door naar onze omgeving te kijken
-
dat er verschillende stoffen bestaan en dat deze verschillende stoffen
-
verschillende eigenschappen hebben.
-
Niet alleen hebben ze verschillende eigenschappen,
-
ze kunnen licht op een bepaalde manier wel of niet reflecteren
-
of een bepaalde kleur hebben of bij een bepaalde temperatuur vast, vloeibaar of
-
gasvormig zijn. Maar we gaan ook zien hoe ze met elkaar reageren
-
in bepaalde omstandigheden. Hier zijn beelden
-
van sommige van deze stoffen. Dit hier is koolstof in zijn grafietvorm.
-
Dit hier rechts is lood en dit hier is goud.
-
Dat vond ik allemaal
-
op deze website daar bovenaan.
-
Deze zijn in hun vaste vorm, maar we weten ook dat
-
ze bestaan uit bepaalde typen
-
deeltjes en afhankelijk van het type deeltjes
-
of het nu koolstof, zuurstof of stikstof is, heeft de stof
-
verschillende eigenschappen. Andere stoffen
-
kunnen vloeibaar zijn. Als je de temperatuur genoeg verhoogt,
-
kunnen ze smelten. Ook goud of lood.
-
Als je koolstof verbrandt,
-
krijg je een gasvormige stof.
-
Je kan de structuur ervan veranderen.
-
Dit neemt de mensheid al
-
duizenden jaren lang waar.
-
Vroeger bleef dat een filosofische vraag,
-
maar nu kunnen we ze een beetje beter beantwoorden.
-
Die vraag is: als je koolstof blijft opdelen
-
in steeds kleinere stukjes, is er dan een kleinste stuk
-
van dit spul, van deze stof
-
dat nog steeds de eigenschappen van koolstof heeft?
-
Als je daarna op een of andere manier nog verder zou doorgaan met opdelen
-
zou je dan de eigenschappen van koolstof kwijtraken?
-
Het antwoord is: ja.
-
Deze zuivere stoffen
-
noemen we dan 'enkelvoudige stoffen'.
-
Ze bevatten slechts één soort atomen.
-
Dat noemen we een element.
-
Koolstof is een element, lood is een element, goud is een element.
-
Je zou kunnen denken dat water een element is en in de loop van de geschiedenis
-
hebben mensen water een element genoemd, maar nu weten we
-
dat water is opgebouwd uit meerdere elementen.
-
Het is gemaakt van zuurstof en waterstof.
-
Alle elementen worden vermeld in het periodiek systeem der elementen.
-
C staat voor koolstof - ik doorloop even
-
de zeer relevante voor de mensheid - maar na verloop van tijd zul je waarschijnlijk
-
ook vertrouwd raken met de meeste andere.
-
Dit is zuurstof, dit is stikstof, dit is silicium.
-
Dit is goud (Au). Dat is lood.
-
De fundamentele eenheid van deze elementen is het atoom.
-
Als je zou kunnen blijven opdelen in steeds
-
kleinere en kleinere stukjes houd je uiteindelijk
-
één koolstofatoom over.
-
Met goud zou je eindigen met één goudatoom
-
Met dit
-
zou je één looddeeltje
-
of loodatoom krijgen.
-
Dat kan je niet verder opdelen
-
terwijl het toch nog de eigenschappen van lood zou behouden.
-
Alleen maar om je eenidee te geven - dit is echt iets waar ik moeite mee heb
-
om het me voor te stellen - is dat atomen ongelooflijk klein zijn.
-
Echt, onvoorstelbaar klein. Bijvoorbeeld koolstof.
-
Mijn haar bevat ook koolstof. Heel veel van mij
-
bestaat uit koolstof.
-
Ook alle andere levende wezens bevatten veel koolstof.
-
Ook mijn haar.
-
Mijn haar bevat veel koolstof.
-
Mijn haar is niet geel,
-
maar het contrasteert mooi met zwart.
-
Mijn haar is zwart, maar als ik het zo tekende, zag je het niet
-
op het scherm.
-
Maar hoeveel koolstofatomen
-
gaan er nu in de breedte van mijn haar?
-
In een dwarsdoorsnede van mijn haar, niet de lengte,
-
maar in de breedte van mijn haar: hoeveel koolstof atomen gaan erin?
-
Je zou kunnen denken: "Ach, Sal heeft mij al verteld dat het heel klein is,
-
dus misschien kunnen er een duizend koolstofatomen in,
-
of tienduizend of honderdduizend."
-
Dan zeg ik: "Nee! Er gaan een miljoen koolstofatomen in.
-
Een miljoen koolstofatomen over de hele breedte
-
van een gemiddeld menselijk haar.
-
Natuurlijk een benadering, het is niet precies
-
een miljoen. Maar dat geeft je een gevoel van hoe klein
-
een atoom is. Trek een haar uit je hoofd
-
en stel je een miljoen dingen naast elkaar voor
-
over het haar, niet over de lengte, maar over de breedte van het haar.
-
Het is zelfs moeilijk de breedte van één haar te zien.
-
En daar kan je een miljoen koolstofatomen
-
op plaatsen.
-
Dat is al cool op zichzelf -
-
te weten dat deze meest elementaire bouwsteen
-
van koolstof of enig ander element bestaat.
-
Maar wat nog straffer is, is dat die fundamentele bouwstenen
-
aan elkaar verwant zijn. Elk koolstofatoom is gemaakt van
-
nog fundamentelere deeltjes.
-
Een goudatoom is opgebouwd uit nog fundamentelere deeltjes.
-
Ze zijn in feite bepaald door het aantal
-
fundamentelere deeltjes, en als je het aantal ervan
-
zou wijzigen, kon je
-
de eigenschappen van dat element wijzigen, hoe het zou reageren.
-
Het zou een ander element zijn geworden.
-
Om dit een beetje beter te begrijpen,
-
gaan we praten over die fundamentelere deeltjes.
-
Daar heb je het proton.
-
Het aantal
-
protonen in de kern van een atoom - straks heb ik het
-
over de kern - bepaalt het element.
-
Dat is wat een element definieert.
-
In het periodiek systeem hier zijn de elementen eigenlijk
-
geschreven in de volgorde van het atoomnummer en het atoomnummer is
-
letterlijk het aantal protonen van het element.
-
Waterstof heeft één proton.
-
Helium heeft er twee. Koolstof zes.
-
Je kunt geen koolstof hebben met zeven protonen.
-
Dan zou het stikstof zijn, geen koolstof.
-
Zuurstof heeft acht protonen. Als je er
-
een ander proton zou aan toevoegen, zou het geen zuurstof,
-
maar fluor zijn. Het definieert het element.
-
Het definieert het element.
-
Het atoomnummer,
-
het aantal protonen - dat is het getal
-
dat hier boven elk van de
-
elementen in het periodiek systeem staat geschreven - het aantal protonen
-
is gelijk aan het atoomnummer.
-
is gelijk aan het atoomnummer.
-
Dat getal staat hier bovenaan
-
omdat het het bepalende kenmerk van een element is.
-
De andere twee bestanddelen van een atoom -
-
ik denk dat we ze zo mogen noemen - zijn het elektron
-
en het neutron.
-
Zo kunnen we ons een idee vormen van een atoom.
-
Het model dat we in de chemie zullen hanteren,
-
zal een beetje abstract en moeilijk
-
voor te stellen zijn. Stel je
-
de protonen en de neutronen voor
-
in het midden van het atoom.
-
Zij zijn de kern van het atoom.
-
Koolstof heeft bijvoorbeeld zes protonen.
-
Dus: één, twee, drie, vier, vijf, zes.
-
Koolstof-12, dat is één versie van koolstof, zal ook
-
zes neutronen hebben.
-
Je kunt versies van koolstof hebben die
-
een ander aantal neutronen hebben.
-
Het aantal neutronen kan veranderen, het aantal elektronen kan veranderen,
-
maar dan blijft het nog wel hetzelfde element.
-
Het aantal protonen mag niet veranderen.
-
Verander je het aantal protonen, dan heb je een ander element.
-
Ik teken een koolstof-12 kern.
-
Zo één, twee, drie, vier, vijf, zes.
-
Dit hier is de kern van koolstof-12.
-
Soms zo geschreven.
-
Soms schrijven we het aantal
-
protonen ook.
-
De reden waarom we koolstof-12 schrijven -
-
je weet dat ik zes neutronen telde -
-
is dat dit het totaal is - het totale
-
aantal - we zullen dat later
-
wat meer nuanceren - is dat dit het totale
-
aantal protonen en neutronen in de kern van het atoom is.
-
Koolstof heeft per definitie een atoomnummer van zes,
-
maar we kunnen het hier ook schrijven zodat we het ons kunnen herinneren.
-
In het midden van het koolstofatoom hebben we de kern.
-
Koolstof-12 heeft zes protonen en zes neutronen.
-
Een andere versie van koolstof, koolstof-14, zal nog steeds
-
zes protonen hebben, maar met acht neutronen.
-
Het aantal neutronen kan veranderen,
-
maar dit hier is koolstof-12.
-
Als koolstof-12 neutraal is - ik zal dat
-
later uitleggen -
-
als het neutraal is, zal het ook zes elektronen hebben.
-
Ik teken die zes elektronen.
-
Eén, twee, drie, vier, vijf, zes.
-
Je moet je vooreerst voorstellen
-
dat die elektronen
-
rond de kern
-
draaien.
-
Een manier van denken is hen zien als in een baan
-
rond de kern, maar dat is niet helemaal juist.
-
Ze hebben geen baan zoals een planeet
-
die rond de zon draait.
-
Maar het is een goed uitgangspunt.
-
Een andere manier is dat ze een soort zwerm rond de kern
-
vormen.
-
De werkelijkheid wordt erg vreemd
-
op dit niveau en we zullen
-
kwantumfysica nodig hebben om echt te begrijpen wat het elektron aan het doen is.
-
Maar in een voorlopig eerste mentale model zit de kern midden
-
in dit atoom,
-
dit koolstof-12 atoom.
-
Daar heb je de kern.
-
De elektronen springen rond deze kern.
-
De reden waarom deze elektronen niet gewoon wegvliegen
-
van deze kern, waarom ze gebonden zijn aan deze kern
-
en zij deel uitmaken van dit atoom, komt doordat protonen
-
een positieve lading hebben.
-
En elektronen hebben een negatieve lading.
-
Het is een van de eigenschappen van deze fundamentele
-
deeltjes. Wanneer je begint na te denken over wat lading is,
-
wordt het
-
wat ingewikkelder.
-
Maar één ding
-
over elektro-magnetische kracht kennen we.
-
En dat is dat tegengestelde ladingen elkaar aantrekken.
-
De beste manier om hier over na te denken is: protonen en elektronen
-
trekken elkaar aan
-
omdat ze verschillende ladingen hebben.
-
Neutronen zijn neutraal, ze zitten gewoon hier
-
in de kern en ze hebben op een bepaald niveau invloed op de eigenschappen
-
van de atomen van bepaalde elementen.
-
Maar de reden waarom de elektronen niet wegvliegen,
-
is dat ze worden aangetrokken.
-
Ze worden aangetrokken door de kern.
-
ze hebben ook een ongelooflijk hoge snelheid -
-
Hier komen we weer
-
op een heel vreemd deel van de natuurkunde als we eenmaal beginnen te praten over
-
wat een elektron eigenlijk aan het doen is.
-
Ik denk dat je zou kunnen zeggen dat het rondspringt
-
omdat het niet in de kern wil vallen.
-
Zo moeten we er voorlopig over denken.
-
Ik zei dat koolstof-12 gedefinieerd werd
-
door het atoomnummer of het aantal protonen.
-
Zuurstof heeft acht protonen.
-
Maar nogmaals, elektronen kunnen met andere elektronen interageren.
-
Ze kunnen door andere atomen worden overgenomen.
-
Dat vormt de basis van ons begrip van de chemie.
-
Het is gebaseerd op het aantal elektronen dat een atoom
-
of een bepaald element heeft.
-
Hoe die elektronen geconfigureerd zijn
-
en hoe de elektronen van andere elementen of misschien andere atomen
-
van dezelfde element zijn geconfigureerd.
-
Daardoor kunnen we voorspellen hoe een atoom van een element
-
kan reageren met een ander atoom van hetzelfde element.
-
Of hoe een atoom van een element zou kunnen reageren,
-
of hoe het zou kunnen worden gebonden of niet gebonden of aangetrokken
-
of afgestoten door een atoom van een ander element.
-
Daar zullen we later veel meer over leren.
-
Hoe het is mogelijk voor een ander atoom
-
om een elektron weg te nemen van een koolstofatoom.
-
We zullen later uitleggen
-
waarom bepaalde neutrale atomen een grotere
-
affiniteit (bindingsneiging) voor elektronen hebben dan andere.
-
Zo kan een dergelijk atoom een elektron wegpikken
-
van koolstof, waarna deze koolstof minder
-
elektronen dan protonen zal hebben. Dus vijf elektronen
-
en zes protonen.
-
Dan houden we een netto positieve lading over.
-
Koolstof-12
-
had zes protonen en zes elektronen, de ladingen hieven elkaar op.
-
Als ik één elektron verlies, hou ik er slechts vijf over.
-
Dan zal ik een netto positieve lading hebben.
-
We gaan daar nog veel meer over praten,
-
doorheen de hele chemie,
-
maar hopelijk voel je nu al aan
-
dat dit echt cool gaat worden.
-
We krijgen nu al vat op deze fundamentele bouwsteen,
-
het atoom.
-
Nog knapper is dat deze fundamentele
-
bouwsteen is opgebouwd uit nog fundamentelere
-
bouwstenen.
-
Deze dingen kunnen worden uitgewisseld
-
om de eigenschappen van een atoom te veranderen of zelfs overgaan
-
van het ene atoom naar het andere.
