-
My ludzie wiemy od tysięcy lat, obserwując otaczające nas środowisko
-
że istnieją różne substancje, i substancje te mają różne właściwości
-
Mają nie tylko różne właściwości; jedne mogą odbijać światło w specyficzny sposób, lub nie odbijać go wcale
-
Mogą mieć konkretny kolor, mieć określoną temperaturę; być cieczą, gazem lub ciałem stałym
-
Możemy również zacząć obserwować jak reagują ze sobą w określonych warunkach
-
oto zdjęcia niektórych z tych substancji. Tutaj jest węgiel, a tu jest on w postaci grafitu
-
Tutaj jest ołów, a tutaj złoto
-
Wszystkie z tych które narysowałem -- których obrazki pokazałem
-
Wszystkie są w stanie stałym, ale również wiemy, że
-
wygląda, że jest też kilka rodzajów gazów, kilka rodzajów cząsteczek gazów
-
i zależnie od tego na jaki rodzaj cząsteczek gazu patrzymy
-
czy jest to węgiel, tlen czy azot, wydaje się, że mają różne własności.
-
Są takie inne rzeczy, które mogą być ciekłe
-
a nawet jeżeli podniesiemy temperaturę odpowiednio wysoko dla tych rzeczy,
-
jeśli ogrzejemy odpowiednio mocno złoto czy ołów
-
mogą stać się ciekłe.
-
A jeśli - jeśli spalimy ten węgiel,
-
nadamy mu stan gazowy,
-
możemy go wypuścić do atmosfery,
-
możemy zniszczyć jego strukturę.
-
Są to więc rzeczy, które my wszyscy
-
które ludzkość obserwowała przez tysiące lat.
-
Ale to prowadzi do naturalnego pytania,
-
które zwykło mieć podtekst filozoficzny,
-
teraz możemy odpowiedzieć na nie trochę lepiej,
-
i to pytanie, czy jeśli będziemy rozkładać węgiel
-
na coraz to mniejsze i mniejsze kawałki,
-
czy istnieje jakiś najmniejszy,
-
jakaś najmniejsza jednostka tego, tej substancji
-
która nadal ma własności węgla?
-
I czy jeśli jakoś rozbijemy ją jeszcze bardziej
-
czy straci ona własności węgla?
-
A odpowiedź brzmi: istnieje.
-
Żeby dodać nieco terminologii,
-
nazywamy te substancje, czyste substancje
-
które mają określone własności w pewnych temperaturach
-
i reagują w określony sposób,
-
Nazywamy je pierwiastkami
-
Węgiel jest pierwiastkiem, ołów jest pierwiastkiem, złoto jest pierwiastkiem.
-
Ktoś mógłby powiedzieć, że woda jest pierwiastkiem,
-
a historycznie ludzie odnosili się do wody jako pierwiastka,
-
dziś wiemy, że woda składa się z bardziej podstawowych części.
-
Składa się z tlenu i wodoru,
-
a wszystkie pierwiastki są zawarte tu
-
w naszym układzie okresowym.
-
C oznacza węgiel
-
pokażę kilka, które
-
są bardzo ważne dla ludzkości
-
ale z czasem zapewne oswoicie się z wszystkimi.
-
To jest tlen, to jest azot, to jest krzem.
-
To -- Au symbolizuje złoto. To jest ołów
-
A najbardziej podstawową jednostką każdego z tych pierwiastków jest atom.
-
Więc jeśli byśmy drążyli coraz głębiej,
-
oddzielali co raz mniejsze i mniejsze kawałki od tego,
-
ostatecznie doszlibyśmy do atomu węgla.
-
Robiąc to samo tutaj,
-
w końcu dotarlibyśmy do atomu złota.
-
To samo tu,
-
i dotarlibyśmy do tych mikroskopijnie małych
-
-- brakuje mi lepszych słów -- cząstek
-
którą nazywamy atomem ołowiu.
-
I nie moglibyśmy rozbić tego bardziej
-
żeby nazywać to ołowiem
-
żeby nadal miało własności ołowiu.
-
A żeby nakreślić wam ideę
-
-- mam problemy z wyobrażeniem sobie tego --
-
jak niewiarygodnie małe są atomy,
-
Naprawdę, niewyobrażalnie małe.
-
Na przykład więc węgiel.
-
Moje włosy składają się głownie z węgla.
-
W sumie, większość mnie składa się z węgla.
-
Tak naprawdę wszystkie żywe stworzenia składają się głównie z węgla.
-
Więc jeśli wziąć włos, to składa się on z węgla.
-
Mój włos jest w większości węglem.
-
Więc jeśli go tu narysuję
-
-- moje włosy nie są żółte
-
ale ten kolor kontrastuje fajnie z czarnym.
-
Moje włosy są czarne, ale jeśli takie bym narysował,
-
nie zobaczylibyście ich na tym tle.
-
Więc jeśli wziąłbym mój włos i spytał was
-
na ile atomów szeroki jest mój włos?
-
Więc jeśli patrzeć na przekrój mojego włosa, nie na długość,
-
tylko na grubość i zapytać
-
ile atomów węgli się tu mieści?
-
Możecie więc zgadywać, hej, Sal, powiedziałeś mi już że są bardzo małe
-
więc że jest ich tu tysiąc,
-
dziesięć tysięcy, czy może sto tysięcy,
-
a ja bym odpowiedział: nie!
-
Jest tu milion atomów węgla.
-
Więc można ułożyć obok siebie milion atomów węgla
-
obok siebie na grubość przeciętnego ludzkiego włosa.
-
Jest to oczywiście przybliżenie,
-
nie dokładnie milion
-
ale daje nam to poczucie jak mały jest atom.
-
Wiecie, wyrwijcie włos z głowy
-
i wyobraźcie sobie układanie miliona rzeczy obok siebie
-
jedna obok drugiej
-
w poprzek włosa, nie długość włosa, a grubość włosa.
-
Ciężko jest w ogóle zauważyć włos na grubość.
-
A zmieściłby się tam milion atomów węgla,
-
po prostu w poprzek.
-
Fajnie teraz byłoby, co jest interesujące samo przez się
-
-- wiemy, że
-
jest najbardziej podstawowy budulec węgla,
-
, ten najbardziej podstawowy budulec każdego atomu.
-
Ale, co ciekawsze, te podstawowe "cegiełki"
-
są ze sobą powiązane.
-
Atom węgla zbudowany jest z jeszcze bardziej podstawowych cząstek.
-
Atom złota jest zbudowany z jeszcze bardziej podstawowych cząstek
-
Są one tan naprawdę zbudowane przez
-
przez układy tych jeszcze bardziej podstawowych cząstek
-
Więc jeśli zmienić
-
liczbę tych podstawowych cząstek,
-
można zmienić własności pierwiastka,
-
to jak reaguje,
-
czy nawet zamienić sam pierwiastek.
-
Aby zrozumieć to nieco lepiej
-
pomówmy nieco o tych podstawowych cząstkach.
-
Mamy więc proton
-
A proton de facto definiuje
-
-- liczba protonów w jądrze atomu
-
będę mówił o jądrze za sekundę --
-
jest tym co definiuje pierwiastek.
-
To jest właśnie tym co określa pierwiastek.
-
Jeśli więc spojrzymy na układ okresowy tutaj,
-
widzimy pierwiastki ułożone według liczby atomowej,
-
a liczba atomowa jest po prostu
-
liczbą protonów w pierwiastku.
-
Więc, z definicji, wodór ma jeden proton
-
Hel ma dwa. Węgiel ma sześć protonów.
-
Nie ma węgla z siedmioma protonami,
-
jeśli taki stworzymy, będzie azotem,
-
a nie węglem.
-
Tlen ma osiem protonów,
-
więc jeśli jakoś dodamy tu jeszcze jeden,
-
nie będzie to już tlen,
-
tylko fluor. Definiuje więc ona pierwiastek.
-
Liczba atomowa definiuje pierwiastek.
-
A liczba atomowa, liczba protonów,
-
liczba protonów -- i pamiętajcie,
-
to ta liczba zapisana tu na górze każdego
-
z pierwiastków zapisanych w układzie
-
-- liczba protonów
-
jest równa liczbie atomowej.
-
Liczba protonów jest równa liczbie atomowej.
-
I zapisuje się ją tu z góry, ponieważ
-
definiuje ona własności pierwiastka.
-
Dwa inne składniki atomu
-
--wydaje mi się że możemy je tak nazwać --
-
to elektron i neutron.
-
A model, który możecie zacząć sobie wyobrażać w głowach
-
--i ten model, zagłębiając się w chemię zobaczymy
-
że stanie się nieco bardziej abstrakcyjny
-
i naprawdę ciężki do wyobrażenia --
-
ale sposób myślenia o tym jest taki,
-
że mamy protony i neutrony, które są
-
w centrum atomu.
-
Są one jądrem atomu.
-
Więc na przykład, węgiel, jak wiemy, ma sześć protonów.
-
Więc jeden, drugi, trzeci, czwarty, piąty, szósty.
-
Węgiel C12, czyli taka wersja węgla, posiada także
-
sześć neutronów.
-
Istnieją róże wersje węgla,
-
które różnią się między sobą liczbą neutronów.
-
Więc liczba neutronów może się zmieniać, liczba elektronów może się zmieniać,
-
a pierwiastek zostaje ten sam.
-
Liczba protonów nie może się zmieniać.
-
Jeśli zmienimy liczbę protonów, otrzymamy inny pierwiastek.
-
Narysuję więc jądro węgla C12.
-
Więc jeden, dwa, trzy, cztery, pięć, sześć.
-
Mamy więc tu jądro węgla C12.
-
Czasem będzie zapisywany on tak.
-
A czasem zapisuje się również liczbę
-
protonów.
-
Powodem, dla którego zapisujemy go jako węgiel C12 --
-
wiecie, naliczyłem sześc neutronów --
-
jest fakt, że suma, --
-
możemy patrzeć na to jako na zsumowaną liczbę
-
-- jeden punkt ukazania tego
-
dodamy mu nieco niuansów w przyszłości
-
-- jest taki, że to zsumowana liczba
-
protonów i neutronów w jądrze atomu.
-
Więc ten węgiel ma z definicji liczbę atomową równą sześć,
-
ale możemy ją sobie tu zapisać jeszcze raz tutaj,
-
tak dla przypomnienia.
-
Więc w centrum atomu węgla mamy to jądro.
-
I węgiel C12 ma sześć protonów i sześc neutronów.
-
Inna wersja węgla, węgiel C14 nadal będzie
-
miał sześc protonów, ale neutronów będzie miał już osiem.
-
Liczba neutronów może się więc zmieniać,
-
lecz mamy tu węgiel C12.
-
I jeśli jest on obojętny --
-
za sekundę wyjaśnię odrobinę co oznacza to słowo--
-
Jeśli jest obojętny będzie również miał sześć elektronów.
-
Narysuję więc te elektrony.
-
Pierwszy, drugi, trzeci, czwarty, piąty, szósty.
-
I pewien sposób -- może jest to pierwsza zasada
-
myślenia o relacjach
-
między elektronami i jądrem --
-
możecie sobie wyobrazić elektrony
-
poruszające się wokół,
-
latające bezładnie wokół jądra.
-
Pewien model myślenia to elektrony
-
orbitujące wokół jądra,
-
ale to nie do końca prawda.
-
Nie orbitują jak planety, na przykład,
-
wokół Słońca.
-
Ale to dobry początek.
-
Inną sprawą jest to że tak jakby skaczą wokół jądra
-
czy latają bezładnie wokół jądra.
-
A to przez to że
-
rzeczywistość staje się bardzo dziwna na tym poziomie,
-
tak na prawdę trzeba by użyć fizyki kwantowej,
-
żeby zrozumieć czemu elektron tak się zachowuje.
-
Ale pierwszy wyobrażony model w waszych głowach, w centrum
-
tego atomu, atomu węgla C12,
-
znajduje się jądro.
-
Tu znajduje się jądro.
-
A te elektrony latają we wszystkie strony wokół jądra.
-
A powodem dla którego elektrony te
-
po prostu nie odlecą od jądra,
-
czemu są z nim tak jakby związane
-
i tworzą część atomu,
-
jest fakt, że protony mają ładunek dodatni.
-
a elektrony ładunek ujemny.
-
I jest to jedna z właściwości tych podstawowych
-
cząstek, jeśli zaczniecie się zastanawiać
-
czym jest ładunek nie licząc bycia "etykietką",
-
zaczynamy zachodzić dość głęboko.
-
Ale jedną rzeczą, którą wiemy,
-
gdy mówimy o sile elektromagnetycznej
-
jest to, że różnoimienne ładunki się przyciągają.
-
Więc najlepiej myśleć o tym w ten sposób:
-
protony i elektrony,
-
jako że posiadają rożne ładunki,
-
przyciągają się do siebie.
-
Neutrony są obojętne,
-
więc sobie po prostu siedzą w jądrze,
-
i mają pewien wpływ na własności
-
niektórych pierwiastków.
-
Ale powodem dlaczego elektrony
-
nie latają sobie ot tak wszędzie
-
jest to, że są przyciągane.
-
Są przyciągane w kierunku jądra.
-
Mają tez niewiarygodnie dużą prędkość --
-
jest to ciężkie do
-
-- zaczynamy znowu dotykać
-
bardzo dziwnej części fizyki,
-
gdy zaczynami mówić o tym
-
co tak naprawdę robia elektrony
-
-- ale wystarczy--
-
Zdaje mi się że możemy poprostu powiedzieć
-
że skaczą w tę i we w tę wystarczająco mocno,
-
żeby nie spadaść na jądro.
-
Wydaje mi się, że jest to pewien sposób myślenia o tym.
-
I jak wspomniałem, węgiel C12 jest zdefiniowany
-
przez liczbę protonów.
-
Tlen z definicji posiada osiem protonów.
-
Ale znowu, elektrony mogą oddziaływać z innymi elektronami.
-
Mogą być zabierane przez inne atomy.
-
A to w sumie pozwala
-
zrozumieć dużą część chemii.
-
Zależy to od tego ile elektronów ma atom
-
lub pierwiastek,
-
i od tego, jak są skonfigurowane,
-
i jak są skonfigurowane elektrony innych pierwiastków
-
czy też elektrony innych atomów tego samego pierwiastka.
-
Możemy zacząć przewidywać jak atom jednego rodzaju
-
będzie reagował z innym atomem tego samego pierwiastka
-
lub innego pierwiastka -- jak będzie reagować,
-
czy mogą się połączyć, czy też nie, czy będą się przyciągać
-
czy odpychać od innych pierwiastków.
-
Jest to więc przykład,
-
a nauczymy się o wiele więcej o tym w przyszłości:
-
możliwe jest, żeby inny atom
-
zabrał elektron węglowi
-
z powodu --
-
a będziemy mówić o pewnych atomach niektórych pierwiastków
-
które przyciągają elektrony mocniej od innych
-
Więc na przykład, jeden z nich
-
może zabrać elektron z atomu węgla,
-
i wtedy ten węgiel będzie miał
-
mniej elektronów niż protonów,
-
więc będzie miał pięć elektronów i sześć protonów
-
I wtedy będzie miał on ładunek dodatni.
-
Więc ten węgiel C12, w pierwotnej wersji
-
miał sześć protonów i sześć elektronów, więc ładunki się niwelowały.
-
Jeśli straci on elektron, będzie ich tylko pięć
-
i wtedy będzie miał on ładunek dodatni.
-
Będziemy mówić o tym więcej
-
na dalszych nagraniach z cyklu chemii,
-
ale mam nadzieję że doceniacie to,
-
że zaczyna się już robić naprawdę zajebiste.
-
Doszliśmy już do tej podstawowej "cegiełki"
-
zwanej atomem.
-
I że co jeszcze fajniejsze, że te podstawowe
-
"cegły" składają się z
-
jeszcze bardziej podstawowych "cegiełek"
-
I że można zmieniać ich ilość
-
by zmienić własności atomu,
-
a nawet zmieniać atomy jednego pierwiastka w
-
atomy innego pierwiastka.
