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Nós, humanos, sabemos, há milhares de anos,
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olhando apenas para o ambiente à nossa volta,
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que há diferentes substâncias.
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Estas diferentes substâncias
tendem a ter propriedades diferentes.
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Não apenas têm propriedades diferentes:
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podem reflectir luz de uma certa forma,
ou não refelctir luz,
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ou ser de uma certa cor, ou, a uma dada temperatura,
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ser um líquido, um gaz ou um sólido...
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Mas começamos também a observar
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como reagem umas com as outras
em determinadas circunstâncias.
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Aqui estão fotografias de algumas destas substâncias.
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Esta aqui é carbono e está na forma de grafite.
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Esta aqui é chumbo, esta aqui é ouro.
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Todas as fotografias que mostrei aqui,
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tirei-as todas deste website.
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Todas estas substâncias estão no seu estado sólido,
mas também sabemos...
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Parece que há certos tipos de ar nelas,
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certos tipos de partículas de ar,
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e, dependendo do tipo de partículas de ar,
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seja carbono, oxigénio ou nitrogénio,
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parecem ter diferentes tipos de propriedades.
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Há outras coisas que podem ser líquidas
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ou, se subirmos a temperatura o suficiente nestas coisas,
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se subirmos a temperatura suficientemente alto
ao ouro ou ao chumbo
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podemos obter um líquido.
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Ou, se queimarmos este carbono
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podemos passá-lo a um estado gasoso,
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podemos libertá-lo para a atmosfera,
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podemos partir a sua estrutura.
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Isto são coisas que nós todos,
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que a humanidade tem observado
durante milhares de anos.
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Mas isto leva a uma questão natural
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que costumava ser uma questão filosófica
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mas hoje podemos responder-lhe um pouco melhor.
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E essa questão é: se continuarmos a dividir o carbono
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em pedaços mais e mais pequenos,
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existe algum pedaço mais pequeno,
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alguma unidade mais pequena deste material,
desta substância,
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que ainda tenha as propriedades do carbono?
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E se de alguma forma pudessemos dividir ainda mais,
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se perdessem as propriedades do carbono?
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E a resposta é: existe.
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Para termos uma terminologia,
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chamamos a estas diferentes substâncias,
estas substâncias puras
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que têm estas propriedades específicas
a determinadas temperaturas,
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e reagem de determinadas formas,
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chamamos-lhes elementos.
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O carbono é um elemento, o chumbo é um elemento,
o ouro é um elemento.
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Poderão dizer que a água é um elemento,
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Durante muitos anos, a água
foi referida como um elemento.
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Mas hoje sabemos que a água é composta
por elementos mais básicos.
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É composta por oxigénio e hidrogénio.
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E todos os nossos elementos estão catalogados aqui
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na Tabela Periódica dos Elementos.
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C representa o carbono
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-- vou apenas referir-me àqueles que são
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muito relevantes para a humanidade --
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mas ao longo do tempo provavelmente
familiarizar-se-ão com todos eles.
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Este é o oxigénio. Este é o nitrogénio. Este é o silício.
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Au é ouro. Este é o chumbo.
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E a unidade mais básica de todos
estes elementos é o átomo.
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Portanto, se continuássemos a dividir
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e a tirar pedaços cada vez mais pequenos disto,
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acabaríamos por ter um átomo de carbono.
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Se fizessemos o mesmo aqui,
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chegaríamos a um átomo de ouro.
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Se fizessemos o mesmo aqui,
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obteríamos esta pequena
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-- por falta de melhor palavra -- partícula,
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a que chamaríamos um átomo de chumbo.
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E não seríamos capazes de dividir mais
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e continuar a chamar-lhe chumbo.
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Já não teria as propriedades do chumbo.
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Para vos dar uma ideia
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-- tenho realmente dificuldade em imaginar isto --
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os átomos são incrivelmente pequenos.
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Realmente, inimaginavelmente pequenos.
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Por exemplo, o carbono.
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O meu cabelo também é feito de carbono.
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Na verdade, a maior parte de mim é feita de carbono.
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Na verdade, a maior parte dos seres vivos
é feita de carbono.
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Se pegarmos no meu cabelo, e o meu cabelo é carbono.
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O meu cabelo é, na maior parte, carbono.
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Se pegarmos no meu cabelo
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-- o meu cabelo não é amarelo
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mas contrasta melhor assim com o preto.
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O meu cabelo é preto, mas se eu o desenhasse preto
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não o conseguiríamos ver no ecrã.
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Mas se pegassemos no meu cabelo e eu vos perguntasse:
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quantos átomos de carbono tem de largura?
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Se pegarmos numa secção cortada do meu cabelo,
não ao comprimento,
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mas na largura, e dissermos:
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quantos átomos de carbono tem de largura?
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Poderiam adivinhar, oh, o Sal já me disse,
é muito pequeno,
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por isso talvez sejam mil átomos de carbono,
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ou dez mil, ou cem mil,
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E eu diria: não!
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Estão ali um milhão de átomos de carbono.
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Poderíamos contar um milhão de átomos de carbono
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na largura de um cabelo humano médio.
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E isto é obviamente uma aproximação,
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não é exactamente um milhão.
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Mas isto dá-vos uma ideia do quão pequeno um átomo é.
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Puxem um cabelo da vossa cabeça
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e imaginem pôr um milhão de coisas
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umas ao lado das outras,
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ao longo do cabelo, não no comprimento, na largura.
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É difícil ver a largura do cabelo.
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e existem um milhão de átomos de carbono
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apenas aí.
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Seria muito fixe, só por si --
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sabemos que existe
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este bloco básico de construção do carbono,
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este bloco básico de construção de qualquer elemento.
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Mas o que é melhor é que
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estes blocos básicos de construção
estão relacionados uns com os outros.
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Um átomo de carbono é composto
por partículas ainda mais fundamentais.
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Um átomo de ouro é composto
por partículas ainda mais fundamentais.
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E estes são definidos
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pela combinação destas partículas fundamentais.
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Se mudássemos o número
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de partículas fundamentais,
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poderíamos mudar as propriedades desse elemento,
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mudar como reagiria,
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ou até mudar o próprio elemento.
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Para percebermos isto um pouco melhor,
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vamos falar sobre estes componentes fundamentais.
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Temos o protão.
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O protão é na verdade o que define
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-- o número de protões no núcleo de um átomo
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-- falarei do núcleo em breve --
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é o que define o elemento.
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Isto é o que define um elemento.
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Quando olhamos para a Tabela Períodica,
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eles estão escritos por ordem de número atómico,
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e o número atómico é,
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literalmente, o número de protões no elemento.
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Por definição, o hidrogénio tem um protão.
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O hélio tem dois protões. O carbono tem seis protões.
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Não se pode ter carbono com sete protões,
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Se tivesse, seria nitrogénio.
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Já não seria carbono.
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O oxigénio tem oito protões.
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Se de alguma forma adicionássemos aí mais um protão,
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já não seria oxigénio.
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Seria flúor. Então isto define o elemento.
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Define o elemento.
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E o número atómico, o número de protões,
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-- e lembrem-se:
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é o número que está escrito aqui em cima,
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para cada um destes elementos na Tabela Periódica --
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o número de protões
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é igual ao número atómico.
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É igual ao número atómico.
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O número está aqui em cima porque
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é a característica que define o elemento.
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Os outros dois constituintes de um átomo
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-- penso que podemos chamar-lhes assim --
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são o electrão e o neutrão.
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E o modelo que podem começar
a construir na vossa cabeça
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-- e este modelo, à medida que formos
estudando química, vamos ver, --
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tornar-se-à um pouco mais abstracto
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e difícil de conceptualizar.
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Uma forma de pensar nele é:
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temos os protões e os neutrões
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que são o centro do átomo.
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Eles são o núcleo do átomo.
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Por exemplo, o carbono, sabemos, tem seis protões.
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Um, dois, três, quatro, cinco, seis.
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O carbono 12, que é uma versão do carbono,
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terá também seis neutrões.
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Podemos ter versões de carbono
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que têm um número diferente de neutrões.
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Os neutrões podem mudar, os electrões podem mudar,
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e teremos ainda o mesmo elemento.
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Os protões não podem mudar.
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Se mudarmos os protões, teremos um elemento diferente.
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Deixem-me desenhar um núcleo de carbono 12.
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Um, dois, três, quatro, cinco, seis.
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Isto aqui é o núcleo do carbono 12.
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E por vezes estará escrito assim.
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E às vezes pode aparecer escrito
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também o número de protões.
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E a razão por que escrevemos carbono 12
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-- viram que contei seis neutrões --
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é que isto é o total
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-- podemos ver isto como o total --
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é uma maneira de o ver,
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e teremos algumas interpretações diferentes no futuro
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-- é que este é o número total
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de protões e neutrões dentro do núcleo.
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E este carbono, por definição,
tem um número atómico de seis,
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mas podemos escrevê-lo aqui
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só para nos lembrarmos.
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Então, no centro do átomo de carbono temos este núcleo.
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E o carbono 12 terá seis protões e seis neutrões.
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Outra versão do carbono, o carbono 14, terá na mesma
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seis protões, mas terá oito neutrões.
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Por isso, o número de neutrões pode mudar,
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mas este aqui é o carbono 12.
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E se o carbono 12 é neutro
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-- e já darei uma explicação sobre esta palavra --
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se é neutro também terá seis electrões.
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Deixem-me desenhar esses seis electrões.
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Um, dois, três, quatro, cinco, seis.
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Uma maneira -- e esta é talvez a mais usada --
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de pensar na relação
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entre electrões e o núcleo
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é: podemos imaginar que os electrões
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estão como que a mover-se à volta,
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a zumbir à volta deste núcleo.
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Podemos pensar
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neles como que orbitando à volta do núcleo.
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Mas isto não será completamente correcto.
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Eles não orbitam da mesma forma que um planeta
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orbita à volta do Sol.
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Mas é um bom ponto de partida.
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Outra forma é: eles estão como que
a saltar à volta do núcleo
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ou a zumbir à volta do núcleo.
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E isso é porque
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aqui a realidade se torna bastante estranha
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e teríamos que entrar pela física quântica
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para perceber o que o electrão está a fazer.
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Mas um primeiro modelo mental para a vossa cabeça é:
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o centro deste átomo, deste átomo de carbono 12,
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temos este núcleo.
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Temos este núcleo aqui.
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E estes electrões estão a saltar à volta deste núcleo.
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E a razão pela qual estes electrões
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não se afastam simplesmente do núcleo,
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a razão porque estão como que ligados a este núcleo,
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formando parte deste átomo,
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é que os protões têm carga positiva.
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E os electrões têm uma carga negativa.
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E é uma das propriedades destas partículas elementares,
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quando se começa a pensar realmente sobre
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o que é uma carga, para além da simples convenção,
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começa a tornar-se profundo.
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Uma coisa que sabemos,
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quando falamos sobre forças electromagnéticas,
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é que cargas contrárias se atraem.
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Portanto a melhor forma de pensar sobre isto é:
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os protões e os electrões,
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porque têm diferentes cargas,
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atraem-se uns aos outros.
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Os neutrões são neutros,
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por isso estão simplesmente aqui dentro do núcleo,
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e influenciam as propriedades em certo nível,
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para alguns átomos de certos elementos.
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Mas a razão pela qual não temos os electrões
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simplesmente a voar para fora sozinhos
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é porque eles são atraídos.
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São atraídos para o núcleo.
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Têm também uma velocidade incrivelmente alta
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-- é na realidade difícil para --
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estamos de novo a tocar
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numa parte muito estranha da física
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quando começamos a falar
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sobre o que faz realmente um electrão
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-- mas tem suficiente --
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acho que se pode dizer
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que está a saltar o suficiente
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para não cair simplesmente para o núcleo,
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Penso que é uma forma de pensar sobre isto.
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Portanto, eu referi o carbono 12 aqui,
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definido pelo número de protões.
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O oxigénio seria definido como tendo oito protões.
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Mas, mais uma vez, os electrões
podem interagir com outros electrões.
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Podem ser tomados por outros átomos.
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E isto compõe bastante
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da nossa compreensão da química.
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É baseada em quantos electrões tem um átomo,
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ou um certo elemento.
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E como estes electrões estão configurados,
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e como os electrões de outros elementos
estão configurados,
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ou talvez outros átomos do mesmo elemento.
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Poderemos começar a prever como um átomo de um elemento
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pode reagir com outro átomo do mesmo elemento,
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ou um átomo de um elemento -- como pode reagir,
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como se pode ligar, ou não ligar, ou ser atraído,
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ou repelir outro átomo de outro elemento.
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Por exemplo,
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-- vamos aprender muito mais sobre isto no futuro --
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é possível para outro átomo em algum sítio
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tomar um electrão de um carbono,
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só porque, por qualquer razão
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-- falaremos de certos átomos neutros de certos elementos --
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tem uma maior afinidade por alguns electrões.
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Talvez um desses
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tire um electrão de um carbono
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e então este carbono
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terá menos electrões que protões
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e então teremos cinco electrões.
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E teremos uma carga total positiva.
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Então neste carbono 12, a primeira versão que fiz,
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tínhamos seis protões, seis electrões, as cargas cancelavam-se.
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Se eu perder um electrão, então tenho apenas cinco,
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e então terei uma carga global positiva.
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Iremos falar muito mais sobre isto
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ao longo da lista de reprodução de química,
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mas espero que já tenham percebido
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como isto está a começar a ficar mesmo fixe.
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Já chegámos a este bloco elementar de construção
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que é o átomo.
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E o que é melhor é que
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este bloco elementar de construção é composto
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por partículas ainda mais elementares de construção.
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E estas coisas podem ser todas trocadas
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de forma a mudar as propriedades de um átomo,
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ou até ir de um átomo de um elemento
-
para um átomo de outro elemento.
