标题：元素与原子
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0:00 - 0:03人类早已知晓
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0:03 - 0:06只需留意周遭的环境
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0:06 - 0:07就会发现不同的物质
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0:07 - 0:10这些不同的物质 往往会有不同的性质
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0:10 - 0:12不仅仅是性质不同
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0:12 - 0:14可能一种物质会以某种方式反射光 而另一种却不能
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0:14 - 0:18这种物质或有某种颜色 或在特定的温度下
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0:18 - 0:20变成液体、气体、固体
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0:20 - 0:22但我们也开始观察
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0:22 - 0:25它们是如何在某些情况下相互反应的
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0:25 - 0:28这里有几张这些物质的照片
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0:28 - 0:31这张是在石墨形态下的碳的照片
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0:31 - 0:36这里这张是铅 这张是金
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0:36 - 0:37我做了标记的这些照片
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0:38 - 0:39也就是在此给大家展示的图片
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0:39 - 0:41都是我在这个网址里找到的
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0:41 - 0:45这些都是在固态下的照片
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0:45 - 0:47不过我们也知道 某种空气
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0:47 - 0:49某些空气粒子
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0:49 - 0:52当所观察的空气粒子的类型不同
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0:52 - 0:56例如碳、氧、氮
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0:56 - 0:58它们的性质都有所不同
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0:58 - 1:00或者是其他的东西 比如液体
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1:00 - 1:02可能只需将这些物质的温度提到足够的高
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1:02 - 1:06例如 将金或铅的温度提到足够高
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1:06 - 1:08你就能得到液态的金或铅 又或者
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1:08 - 1:12如果把碳燃烧 就可以将它转化为气态
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1:12 - 1:14还可以将其释放到大气中
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1:14 - 1:15还可以打破它的结构
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1:15 - 1:18这些是我们人类上千年来 通过各种方法
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1:18 - 1:21观察得来的知识
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1:21 - 1:23但是 这指向了一个自然问题
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1:23 - 1:25很久以前 这是一个哲学问题
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1:25 - 1:27不过我们现在可以更好地回答这个问题了
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1:27 - 1:31这个问题就是 如果你不断将一块固体碳
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1:31 - 1:36切得越来越小
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1:36 - 1:40能不能切到最小
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1:40 - 1:43最终得到碳的最小单位？
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1:43 - 1:46如果继续将它切小
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1:46 - 1:48它会不会失去碳的特性？
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1:48 - 1:50问题的答案是肯定的
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1:50 - 1:52因此 我们先来学习一个术语
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1:52 - 1:55我们称这些不同的物质
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1:55 - 1:58这些纯净的
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1:58 - 2:00在某些温度下
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2:00 - 2:03有特殊性质、有不同的反应的物质
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2:03 - 2:05我们称之为元素
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2:05 - 2:09碳是一种元素 铅是一种元素 金亦是一种元素
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2:09 - 2:13你或许会认为水是一种元素 而且在历史的长河中
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2:13 - 2:15古人也曾称水为元素
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2:15 - 2:18但现在我们知道 水是由更为基本的元素组成的
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2:18 - 2:21它是由氧元素和氢元素所组成
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2:21 - 2:23现今发现的所有元素
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2:23 - 2:27都列在元素周期表上
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2:27 - 2:29C代表碳
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2:29 - 2:31下面我只介绍一下
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2:31 - 2:32几种较为常用的元素
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2:33 - 2:34随着时间的推移
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2:34 - 2:35你或许会熟悉所有这些元素
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2:35 - 2:39这是氧元素 这是氮元素 这是硅元素
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2:39 - 2:43这是Au――金 这是铅
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2:43 - 2:52然而 这些元素的最基本单位都是原子
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2:52 - 2:55所以 如果你不断地拆分它
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2:55 - 2:57把它拆得越来越小
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2:57 - 3:00最终你会得到一个碳原子
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3:00 - 3:01对金做同样的事
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3:01 - 3:03最终你会得到一个金原子
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3:03 - 3:04同样 对铅做相同的事
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3:04 - 3:06最终你会得到一些很小的
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3:06 - 3:09用一个比粒子更好的词 我们可以称之为铅原子
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3:09 - 3:12然后就不能再将其
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3:12 - 3:14拆分成更小的“铅”了
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3:14 - 3:17它不再会拥有铅的性质
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3:17 - 3:19坦白说
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3:19 - 3:20这真是一些太难以想象了
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3:20 - 3:24原子真是难以置信的小
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3:24 - 3:27难以想象的小 举个例子 碳原子
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3:27 - 3:30我的头发也是由碳原子构成的
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3:30 - 3:32事实上 我身体的很大一部分都是由碳原子构成的
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3:32 - 3:36事实上 大部分的生物都是由碳原子构成的
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3:36 - 3:40所以 如果你把我的头发。。。 当然我的头发是碳
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3:40 - 3:42我的头发绝大部分都是碳
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3:42 - 3:45所以 如果把我的头发放在这 我的头发不是黄色的
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3:45 - 3:47但它和黑色形成了很好的对比
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3:47 - 3:48我的头发是黑色的 不过就算我把头发放在这里
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3:48 - 3:50你们在屏幕上也看不到
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3:50 - 3:52但是如果把我的头发放在这里
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3:52 - 3:55我会问 我的头发有多少个碳原子宽？
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3:55 - 3:58如果给我的头发丝做一个横截面
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3:58 - 4:00不是纵切 是横着切
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4:00 - 4:03有多少个碳原子那么宽呢？
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4:03 - 4:08你或许会猜 Sal已经告诉过我了 它很小很小
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4:08 - 4:09所以 有一千个碳原子？
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4:09 - 4:11或一万个？ 或十万个？
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4:11 - 4:15但我的回答是 错！ 它有一百万个碳原子
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4:16 - 4:17如果你把一百万个碳原子排成一列
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4:18 - 4:22就可以得到人类头发丝的平均直径
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4:22 - 4:24这显然是一个近似值 它不是精确的一百万
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4:24 - 4:27不过它可以让你感觉到原子是多么的小
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4:27 - 4:29拔一根头发 然后试着想象一下
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4:29 - 4:35头发丝中并排放置一百万个小东西
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4:35 - 4:38不是顺着头发 而是头发的宽度
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4:38 - 4:39我们甚至很难观测到头发的直径
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4:39 - 4:43更何况是一百万个碳原子 仅是它的直径
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4:43 - 4:48这本身就很酷
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4:48 - 4:52我们知道 碳原子是碳最基础的组成部分
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4:52 - 4:54原子是所有元素最基础的单位
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4:54 - 4:57但更为整洁的是 那些最基本的单位――原子
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4:57 - 4:59是相互关联的
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4:59 - 5:03一个碳原子是由更为简单的粒子所组成的
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5:03 - 5:08一个金原子也是由更为简单的粒子所组成的
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5:08 - 5:10它们实际上是
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5:10 - 5:13由这些基本粒子的排列方式来确定的
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5:13 - 5:15如果你要去改变这些基本粒子的数量
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5:15 - 5:17改变这最基本的粒子的原有个数 你可以
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5:17 - 5:19改变这种原子的特性 以及它发生的反应
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5:19 - 5:22甚至可能改变元素的种类
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5:23 - 5:25试着好好的理解
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5:25 - 5:28让我们先来聊聊那些更基本的粒子
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5:28 - 5:33首先是质子
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5:33 - 5:35质子实际上有决定性的意义
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5:35 - 5:38原子核里的质子数量
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5:38 - 5:40等会我们再聊聊原子核
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5:40 - 5:42这就是决定元素种类的东西
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5:42 - 5:45决定元素种类的东西
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5:45 - 5:48当你看这里这张元素周期表时
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5:48 - 5:50它们实际上是按照原子序数排列的
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5:50 - 5:52原子序数 实际上
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5:52 - 5:55就是这种元素的质子数
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5:55 - 5:59根据定义 氢原子有1个质子
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5:59 - 6:03氦原子有2个质子 钙原子有6个质子
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6:03 - 6:05你找不到有7个质子的碳原子
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6:05 - 6:09如果你真找到了 那它就是氮原子 不是碳原子了
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6:09 - 6:11氧原子有8个质子
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6:11 - 6:13如果你通过某种方式给它加1个质子
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6:13 - 6:17它就不再是氧了 它会变成氟
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6:17 - 6:18所以 质子数决定了元素
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6:18 - 6:20质子数决定了元素
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6:20 - 6:23原子序数 也就是质子的数量
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6:23 - 6:26质子的数量――记住 是它的数量
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6:26 - 6:28写在最上方的这里
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6:28 - 6:30写在元素周期表上的每个元素的上方
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6:30 - 6:33质子数等于原子序数
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6:33 - 6:37质子数是等于原子序数的
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6:37 - 6:38原子序数写在这上面
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6:38 - 6:41因为它能确定一种元素
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6:41 - 6:46原子的另外两种组成部分
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6:46 - 6:48我想我们可以直接用术语来说
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6:48 - 6:55是电子和中子
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6:55 - 6:58然后 你可以自己在脑袋里搭建一个原子模型
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6:58 - 7:01这个模型 在我们学习化学的过程中会发现
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7:01 - 7:03它会变得更加抽象
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7:03 - 7:05真的很难给它一个概念
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7:05 - 7:07但是我们可以先来想象
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7:07 - 7:10在原子的中心是质子和中子
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7:10 - 7:11它们构成一个原子的原子核
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7:11 - 7:15比如说碳原子 我们知道有6个质子
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7:15 - 7:18所以一、二、三、四、五、六
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7:18 - 7:22碳12 是其中一种碳原子
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7:22 - 7:24它有6个中子
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7:24 - 7:26你会发现碳原子有很多种类
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7:26 - 7:28它们的不同 在于它们的中子数不同
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7:28 - 7:30所以中子数可以不同 电子数也可以不同
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7:30 - 7:32改变之后它还是相同的元素
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7:32 - 7:33只有质子数不能变
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7:33 - 7:36只要质子数一改变 你就会得到不同的元素
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7:36 - 7:39所以 让我来画个碳12的原子核
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7:39 - 7:43一、二、三、四、五、六
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7:43 - 7:47所以 这就是碳12的原子核
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7:47 - 7:48有时候可以写成这样
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7:48 - 7:52有时候会在下面标上数字
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7:52 - 7:54这个数字也就是质子的数量
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7:54 - 7:56所以说称之为碳12的原因就是――
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7:56 - 7:59这里有6个中子
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7:59 - 8:0012是一个总数
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8:00 - 8:04你可以把它看作
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8:04 - 8:05一种研究这粒子的方式
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8:05 - 8:07这个数值的不同 在将来的课程中会有细微的差别
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8:07 - 8:08这是原子核中
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8:08 - 8:12质子和中子的总数
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8:12 - 8:15碳的原子序数是6
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8:15 - 8:18我们可以写在这里提醒自己
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8:18 - 8:21所以在碳原子的中心 这个原子核
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8:21 - 8:25碳12有6个质子和6个中子
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8:25 - 8:27而另一种碳原子 碳14
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8:27 - 8:28仍有6个质子
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8:29 - 8:31不过有8个中子
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8:31 - 8:33中子的数量是可以不同的
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8:33 - 8:34这个是碳12
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8:34 - 8:37如果这个碳12是中性的
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8:37 - 8:41我等会也会在这里做些细微的改变
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8:41 - 8:43如果它是中性的 它还会有6个电子
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8:43 - 8:45让我来画那6个电子
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8:45 - 8:49一、二、三、四、五、六
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8:49 - 8:53第一点我们会想到的是
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8:53 - 8:57电子和质子的关系
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8:57 - 8:59你可以想象这些电子
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8:59 - 9:03像蜜蜂一样在原子核周围转圈
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9:03 - 9:05有一种模型是 你可以想象它们
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9:05 - 9:08像行星一样绕着原子核运动 但是这并不完全正确
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9:08 - 9:10它们不会像行星一样按着特定的轨道运行
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9:10 - 9:12像太阳系的行星绕着太阳运行那样
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9:12 - 9:14不过那是很好的想象的起点
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9:14 - 9:17另外它们还会在原子核周围跳来跳去
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9:17 - 9:18或者说它们在原子核周围乱动
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9:18 - 9:21这是事实
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9:21 - 9:22虽然在这个层面上显得特别古怪
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9:22 - 9:24实际上 我们要学习量子物理学
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9:24 - 9:27才能真正理解这些电子的运动
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9:27 - 9:29不过你脑袋里第一个物质模型
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9:29 - 9:33就是在碳12原子的中心
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9:33 - 9:34有这个原子核
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9:34 - 9:37在这里 有这个原子核
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9:37 - 9:41然后这些电子在原子核周围跳来跳去
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9:41 - 9:43这些电子之所以
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9:43 - 9:45不会远离原子核
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9:45 - 9:48它们像是被束缚在原子核周围的原因
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9:48 - 9:49让它们构成了原子一部分的原因
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9:49 - 9:52就是 质子带正电荷
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9:52 - 9:58质子带正电荷 而电子带负电荷
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9:58 - 10:02这是这些粒子的性质之一
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10:02 - 10:03如果你开始思考
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10:03 - 10:05为什么是电荷而不是中子数？
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10:05 - 10:07那么也就开始深入这个问题了
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10:07 - 10:09不过我们熟悉的是
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10:09 - 10:11电磁力
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10:11 - 10:13例如正负电荷彼此吸引
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10:13 - 10:17所以最佳的想法就是：质子和电子
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10:17 - 10:18因为带有不同的电荷
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10:18 - 10:21它们互相吸引 而中子是电中性的
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10:21 - 10:25所以它们只是老实呆在原子核里
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10:25 - 10:28对于某些元素来说 中子数确实会
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10:28 - 10:33在某种程度上影响这种物质的特性
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10:33 - 10:36不过电子不会飞离原子核的真正原因是
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10:36 - 10:39电子和质子是相互吸引的
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10:39 - 10:42电子被原子核吸引
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10:42 - 10:45另外 电子还拥有快得难以置信的速度
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10:45 - 10:49这对于我们初学者来说也是很难理解的
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10:49 - 10:52要讲电子在做怎样的运动的话
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10:52 - 10:56得扯到很深的物理知识――不过已经足够了
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10:56 - 10:58知道它在原子和周围乱跳就足够啦
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10:58 - 11:01因为它们不想被原子核吸进去
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11:01 - 11:03我想这是一种解释方法
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11:03 - 11:08另外 我刚刚提到了碳12
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11:08 - 11:10元素种类由质子数决定
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11:10 - 11:13氧原子是有8个质子的原子
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11:13 - 11:17不过再次提醒 电子也会相互作用
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11:17 - 11:19它们也有可能被其它原子拐走
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11:19 - 11:23这实际上构成了大部分的化学理论
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11:23 - 11:26例如一个原子有多少个电子
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11:26 - 11:28或是某种元素有多少个电子
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11:28 - 11:30以及这些电子的排列方式
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11:30 - 11:34以及其他元素的电子的排列方式
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11:34 - 11:36或者这种元素的其他原子
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11:36 - 11:41由此我们可以推测 一种元素的一个原子
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11:41 - 11:43可以怎么和同种元素的其他原子反应
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11:43 - 11:47或者一种元素的一个原子 是怎么反应的
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11:47 - 11:50或者它怎么被约束、游离、被吸引
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11:50 - 11:52或排斥另一种元素的另一个原子
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11:52 - 11:56我们在以后也会学到更多这方面的知识
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11:56 - 12:00举个例子 在某个地方的另一个原子
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12:00 - 12:03因为某种原因
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12:03 - 12:05可能一下子就把碳原子的电子给拐走了
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12:05 - 12:11我们将会谈论某些元素的中性原子
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12:11 - 12:14它相对其他元素的中性原子对电子有更大的亲和力
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12:14 - 12:17所以 也许就是其中一个这样的原子从碳原子里夺走了一个电子
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12:17 - 12:21那么这个碳的电子数就会少于它的质子数
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12:22 - 12:25也就是有5个电子6个质子
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12:25 - 12:28然后就会带1个正电荷
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12:28 - 12:30所以在这个碳12里 我最初画的这个碳原子
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12:30 - 12:34有6个质子、6个电子 电荷正好抵消了
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12:34 - 12:37如果它失去1个电子 那么只有5个电子
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12:37 - 12:39那么它就会有1个正电荷
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12:39 - 12:42在整个化学课程中
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12:42 - 12:43我们还会谈论到更多有关这些的知识
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12:43 - 12:44不过很高兴
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12:45 - 12:48这些知识已经开始变得相当有趣
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12:48 - 12:53我们已经讲到了 作为基本单位的原子
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12:53 - 12:56竟然是由更小的粒子组成的
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12:56 - 12:59是由更小的粒子组成的
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12:59 - 13:01这些东西都可以互相交换
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13:01 - 13:05改变一个原子的特性 甚至从一种元素的一个原子
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13:05 - 13:07变成另一种元素的另一个原子
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Reta Zeng edited Chinese, Simplified subtitles for Elements and Atoms | |
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amyyan edited Chinese, Simplified subtitles for Elements and Atoms | |
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