Tip:
Highlight text to annotate it
X
I de fleste emner skal man temmelig langt ned i stoffet før man -
- kan begynde at undersøge de mere filosofiske aspekter
Men i kemi begynder
det med, det uden tvivl, mest filosofisk interessante
i hele emnet - nemlig atomet.
Ideen om atomet, som filosoffer for længe siden, og man
kunne undersøge hvad de forskellige filosoffer, der først
filosoferede om det. De sagde: "hey,
hvis vi nu starter med, hvad ved jeg, et æble.
Hvis vi starter med et æble
og jeg bliver ved med at halvere æblet - lad mig tegne et
pænt æble, bare det ikke ligner
et hjerte
Sådan!
Man har et pænt æble, og man bliver ved med at halvere det
i mindre og mindre dele.
På et tidspunkt, vil man få dele så små at man
ikke længere kan skære det over.
Jeg er overbevist om at nogle af filosofferne fakstisk prøvede
med en kniv og de må have følt
åh, hvis bare jeg havde en skarpere kniv, så kunne
jeg blive ved med at skære igen og igen.
Så det er en filosofisk konstruktion, som
faktisk, på mange måder, ikke er så langt fra hvordan vi ser
atomet i dag.
Det er egentlig bare en mental abstraktion der gør os i stand til at
beskrive mange af de observationer vi ser i universet.
Nå men, disse filosoffer sagde, på et tidspunkt, når vi til et punkt
hvor der må være en lille bitte del af et æble
som vi ikke længere kan dele
og de kaldte det for et "atom".
Og de slog fast at det ikke kun gjorde sig gældende for æbler
det passer på alle materialer og grundstoffer
man støder på i universet
Egentlig er "atom" det græske ord for udelelig
"ikke-til-at-skære-i" eller udelelig
udelelig
Vi ved i dag at man faktisk godt kan dele et atom i mindre dele, og
selvom det er lidt trivielt er det ikke den mindste del af
et stof vi kender
Vi ved nu at et atom er bygget op af mere
fundamentale partikler
Lad mig lige skrive det
Vi har altså neutronen
og om et øjeblik vil jeg tegne hvordan det hele hænger sammen
og strukturen i et atom
vi har en neutron
vi har en proton
og vi har elektroner
elektroner
og du kender måske allerede disse hvis du har set
ældre videoer om atom-projekter. *** ser man en tegning
der ser ca sådan her ud
let mig prøve at tegne den
Ca sådan her.
Og man vil have disse "ting" der snurrer rundt
og ser cirka sådan her ud
de har kredsløb der ligner dem her
og måske noget der ser sådan her ud
og den generelle antagelse bag disse atomtegninger
- og jeg er ret sikker på at de stadig af og til dukker op
i forskellige forsvars laboratorier - er at
man har en kerne i centrum af atomet
man har en kerne i centrum af atomet
og vi ved at kernen består af neutroner og protoner
neutroner og protoner
og vi vil snakke lidt mere om hvilke grundstoffer har
hvor mange neutroner og protoner
og i kredsløb, og jeg vil bruge kredsløb
lige nu, selvom vi om cirka to minutter vil lære
at ordet kredsløb faktisk er ukorrekt og endda
det mentalt forkerte billede af hvad
en elektron laver.
men "Den gamle" ide var, at man har disse elektroner der
kredser om kernen på samme måde som
jorden kredser om solen eller månen
kredser om jroden
Det er blevet bevist at det faktisk
er en forkert måde at se det på
og når vi begynder at kigge på kvantemekanik, vil vi lære hvorfor
dette ikke virker, hvilke modsigelser der opstår når
vi prøver at lave en model hvor elektronerne opfører sig som planeter
der bevæger sig om solen
Men dette var cirka den originale ide, og faktisk
er det nok den mest almindelige måde at se på
et atom på
Jeg startede med at sige at atomet er filosofisk interessant.
Hvorfor er det filosofisk interessant?
Fordi det vi nu anser som den accepterede måde at betragte et atom på
virkelig begynder at udviske linien mellem vores fysiske
virkelighed og alt i verden er bare information, og
der er i virkeligheden slet ikke ting som virkelig stof eller
virkelige partikler - i hvert fald ikke som vi definerer dem i vores dagligdag.
For mig ser en partikel ud
lidt som et sandkorn.
jeg kan samle det op - røre ved det.
Mens en bølge - en lydbølge for ekesempel - den kan være
en ændring af energi over tid
Men, når vi begynder at kigge nærmere på kvantemekanikken, vil vi lære at
alle disse begreber blandes sammen og sløres når vi kommer ned i de størrelser
som disse partikler har.
Nå men, jeg sagde at dette var den forkerte måde at anskue det på
Hvad er så den korrekte måde at se det på?
Så det viser sig altså at - det her er et billede - ikke et egentlig billede
men mere en billedliggørelse
Så det er et interessant spørgsmål jeg lige stillede
Hvordan kanman så fremstille en model af et atom
Det viser sig faktisk at de fleste bølgelængder i
lys, specielt det synlige lys' bølgelængder, er meget
større end et atom
Alt vi ser i
hverdagen, er jo egentlig reflekteret lys
Men pludselig, når vi har med atomer at gøre
vil reflekteret lys være for voldsomt
et instrument at bruge til at observere et atom
Men, dette er en model af et Helium-atom
Helium atomet har to protoner og to neutroner
eller - i hvert fald har dette helium-atom to
protoner og to neutroner.
og måden vi fremstiller det på her i kernen - lige
der - måske er det de her to, jeg tror
de bruger rød for protoner og lilla for neutroner.
Lilla er mere neutral end rød.
De sidder her i centrum af det her atom.
og hele denne tåge omkring, det er
de to elektroner som helium har, or i hvert fald
dette helium-atom har
Måske man kunne få eller miste en elektron.
Men det her er de to elektroner.
Du tæn ker måske, hey, Sal, hvordan kan to elektroner blive til en sådan tåge
som er smurt rundt om dette atom
og det er her de bliver filosofisk interessant
Man kan ikke beskrive en elektrons bane rundt om
kernen med det traditionelle kredsløb, som vi
stødte på da vi kiggede på planeter eller hvis vi forestillede os
tingene på en større skala
Det viser sig at man ikke kan bestemme en elektrons præcise
fart og position på samme tid.
Alt man kan sige noget om er,
hvor den sandsynligvis er
Og måden vi beskriver det på her er at sort er høj
sandsybnlighed, så der er meget større chance for at finde
elektronen her - end her
Men i realiteten kunne elektronen være overalt.
den kunne faktisk være helt herude, selvom det er helt hvidt.
Sandsynligheden er bare meget, meget, meget, meget,
meget, meget lille
Så denne funktion af hvor en electron kan være, kalder vi
en orbital.
Orbital.
Må ikke forveksles med "orbit" [engelsk for kredsløb]
Orbital.
Husk et kredsløb var noget lignende dette
som venus omkring solen
så det er ret let for os at forestille os.
Mens en orbital faktisk er en matematisk
sandsynlighedsfunktion der fortæller os hvor vi
har bedst chance for at finde en elektron.
Vi vil kigge meget mere på det når vi skal arbejde med
kvantemekanik, men det kommer ikke med i
disse intro-videoer til kemi.
Men det er da fascinerende - ikke?
En elektrons opførsel er så speciel
at det næsten er misvisende at kalde det for en partikel.
Vi kalder den partikel, men det er ikke en partikel på
den måde vi plejer at bruge ordet i daglig tale
Det er denne ting man ikke kan sige præcis hvor er
Den kan være overalt i den her tåge
og senere vil vi lære at der er forskellige former for
tåger, efterhånden som vi sætter flere elektroner på atomerne
Men for mig sætter det filosofiske tanker i gang
om hvad materie faktisk er, eller de ting vi kigger på
hvor virkelige er de?
Eller hvor virkelige de er - ud fra vores definerede virkelighed?
Nå men jeg vil ikke blive alt for filosofisk med jer.
Hele ideen med elektroner og protoner
bygger på en antagelse om elektrisk ladning.
Vi snakkede tidligere om det, da vi lærte om
Coulombs lov
Du kan gense Coulombs lov -videoerne i fysik-playlisten
Men ideen er at en elektron
har negativ ladning.
En proton - Nogen gange skrevet sådan her-
har en postiv ladning
og neutroner har ingen ladning.
Det er der er så fristende ved den originale
model af elektronen
Man siger "OK, denne ting har positiv ladning"
og lad os sige at det her er to neutroner og to protoner
Lad os sige det er et helium-atom
Så vil vi have den positive ladning her.
Og vi har den negative ladning herude.
Modsatte ladninger tiltrækker hinanden
Og så, hvi disse ting havde fart, nok
fart, ville de kredse omkring denne, på samme måde som
en planet kredser om solen.
Men nu lærer vi, selvom dette er delvist sandt, at
jo længere væk elektronen er fra kernen, jo mere
potentiel energi har den
på den måde at den "ønsker" at bevæge sig tættere på kernen,
men på grund af alle mekanikkerne på kvanteniveauet,
vil den ikke bevæge sig i en bane som
en komet ville gøre det om solen. Den har faktisk den her slags
bølgelignende opførsel, hvor den har denne sandsynligheds-
funktion der beskriver den.
Me jo længere væk en orbital er
jo mere potentiale har den.
Vi vil komme meget længere ind i det i fremtidige videoer
Nå men, hvordan ser man finder man så ud af hvilket grundstof det er man kigger på?
Jeg har snakket en del om filosofi osv.
men hvordan ved jeg at det her er helium?
Er det på antallet af neutroner?
Er det på antallet af protoner?
Er det på antallet af elektroner?
Svaret er: antallet af protoner!
Så hvis man kender antallet af protoner i et atom,
ved man hvilket grundstof man har med at gøre
Og antallet af protoner er det vi har defineret som
atomnummeret.
Lad os sige at et stof har 4 protoner
Hvordan ved vi hvad det er?
Hvis ikke vi har memoreret det kan vi slå det op i
det periodiske system, hvilket vi vil kigge en del
på i denne playlist. Vi siger "ah. fire protoner"
det er Beryllium
Lige der!
Og atomnummeret er det nummer man kan se lige deroppe.
Og det er, helt konkret, antallet af protoner
Og det er hvad der definerer
et atom fra et andet
Hvis du har femten protons, har du at gøre med
fosfor
Og hvis du pludselig har syv protoner,
har du med Nitrogen (kvælstof) at gøre.
Har du otte, har du med oxygen (Ilt) at gøre.
Det er det der definerer grundstoffet!
Senere vil vi prøve at snakke om hvad der med ladning
og alt det.
Eller hvad der sker hvis man mister eller får elektroner.
Men det ændrer ikke på hvilket grundstof det er vi kigger på
På samme måde som når man ændrer på antallet af neutroner
ændrer det heller ikke atom.
Men alt det leder hen til det oplagte spørgsmål om hvor mange
neutroner og elektroner har vi så?
Hvis et atom er neutralt (ladet), betyder
det at det har samme antal elektroner som protoner
Lad os sige at jeg har Carbon (Kul)
Atomnummeret er seks.
og lad os sige massetallet er 12
Nå, hvad betyder det så?
Og lad mig yderligere tilføje at det er en neutralt partikel.
Det er et neutralt atom.
Altså atomnummeret er seks
Det fortæller os præcis hvor mange protoner der er.
så hvis vi tegner en lille model, som på ingen måde er
en præcis model.
Jeg tegner seks -- to, tre,fire, fem, seks
protoner i kernen
og vægten af disse protoner, hver proton vejer 1
atomisk masse enhed, og vi vil tale mere om hvordan det
forholder sig til kilogram. Det er en MEGET lille
brøkdel af et kilogram
I grove træk, mener jeg at det er
1,6 gange 10 i -27. del af et kg
Så lad os sige at hver af disse atomiske masse enheder, og
de er cirka lig med 1,67*10^-27 kg.
Det er et meget lille tal.
Det er faktisk næsten umuligt at forestille sig.
eller det er det i hvert fald for mig
Det fortæller mig at massen af hele dette carbon, af dette
specifikke carbon atom
Og den kan faktisk ændre sig fra carbon
atom til carbonatom
og det her er faktisk massen af alle protoner
plus alle neutroner.
Og hver proton har en masse på 1 atommassee-enhed (AMU)
og hver neutron har en masse på
1 AMU
Så dette er egentlig antallet af protoner plus
antallet af neutroner.
Så i dette tilfælde har vi seks protoner, og så må vi også have
seks neutroner
seks neutroner plus seks protoner.
Hvad så nu med elektronerne?
Jeg sagde jo at atomet var neutralt, så protonen har en positiv
ladning, der er lige så stor som elektronens er negativ
Så når atomet er neutralt og det har seks protoner, har det altså
også seks elektroner.
Lad mig lige tegne det.
Vi sagde at vi havde seks neutroner herinde
1, 2, 3, 4, 5, 6
Så det er kernen lige her
Og hvis vi så skulle tegne elektronerne - jeg kunne tegne
det som en tåge, men hvis jeg skulle visualisere det
lidt bedre, kunne vi sige der skal være seks
elektriner der kredser om kernen
1, 2, 3, 4, 5, 6
Og de bevæger sig rundt på denne uforudsigelige
måde som vi bliver nødt til at beskrive med en
sandsynlighedsfunktion
Det er en interessant ting ved det hele, er at det meste af massen
af atomet sidder lige herinde
Altså, man vil måske lægge mærke til når folk tænker på massen
når de tænker på atommassen af et atom.
ignorerer de massen af elektronerne
og det er fordi massen af en proton
er det samme som massen af 1836 elektroner
Så når man tænker på massen af et atom, kan man for alle basale
formål ignorere massen af en elektron.
Det er reelt massen af kernen der tæller som
massen af atomet
Nu kan vi kigge på det periodiske system igen og vi siger
OK de gav os atomnummeret her.
Atomnummer for oxygen er otte.
Det betyder at det har otte protoner
Atomnummeret for silisium er fjorten
det har fjorten protoner
Hvad er så det lige her?
Lad os se, i carbon-feltet
står der 12,0107
Det er atomvægten af carbon
Lad mig skrive det ned.
Carbons atomvægt
Atomvægten af carbon er 12,0107
Hvad betyder det så?
Betyder det at carbon har seks protoner og så,
resten de 6,0107 neutroner, er der så
en brøkdel af en neutron?
Nope!
Det betyder at hvis man tager gennemsnittet af alle de forskellige
udgaver af carbon man finder på planeten og man
tager gennemsnittet af antallet af neutroner baseret på antallet
af de forskellige typer carbon, er dette
det tal der ville fremkomme.
Det viser sig for carbon, de to almindeligste,
den almindeligste er carbon-12
Så er det sådan her.
Så den har seks protoner og seks neutroner.
Og så den anden isotop af carbon
En isotop er det samme grundstof men
med forskelligt antal neutroner.
En anden isotop af carbon er carbon-14, hvilket er en meget
sjælden på planeten.
Vi ved ikke meget om universet, men på planeten.
Hvis vi nu tog gennemsnittet af disse to isotopers masser
ville vi ende med carbon-13,
med en atomvægt på 13 AMU. Men denne her skal have meget mere vægt
da den eksisterer i meget større mængder på jorden.
Altså, stort set alt carbon på jorden er
denne type
Men der er en lille bitte smule af dette.
Så hvis man finder den korrekte vægtning,
vil gennemsnittet være dette.
Så det meste af det carbon man ville finde - hvis man bare fandt en klump
et eller andet sted, ville det gennemsnitlige atomvægt
være 12,0107.
Men ideen om isotoper er interessant.
Husk, når man ændrer antallet af neutroner, ændrer man ikke
det fundamentale i grundstoffet.
Man får bare en anden isotop, en anden
udgave af grundstoffet.
Så disse versioner af carbon er begge isotoper.
Nå, jeg vil slutte denne video med hvad jeg mener er
noget nær den bedste ide bag atomer. Og det er
det mest filosofisk interessante ting ved dem.
Det er den relative størrelse - så vi har disse elektroner
som repræsenterer en meget lille del af massen i et atom.
Det er en 2000-ende-del af massen af et atom der er elektroner.
Og selv disse, det er svært at beskrive dem som
partikler, fordi vi ikke kan sige præcis hvor og
hvor hurtigt disse partikler bevæger sig.
De har bare deres sandsynlighedsfunktion.
Så det meste af atomet sidder altså i kernen.
og det interessante er.
Hvis du kigger på et gennemsnitligt atom, hvis du
siger dette er mit atom
Lad os sige at vi har to atomer som vi binder sammen
og jeg skulle forklare hvor meget af det der faktisk er reelt stof?
Og når jeg siger reelt stof, er det et meget abstrakt begreb, fordi
vi taler om atomer - ikke?
Fordi kernen er hvor alt
massen er, alt stoffet.
Viser det sig at det rent faktisk er en mikroskopisk
lille del af volumen af et atom som -
volumen i atom-sammenhæng, da elektronen kan
være ret meget alle steder, men hvis vi ser volumen
som der hvor man med størst sandsynlighed, eller med 90%
sandsynlighed har mulighed for at finde elektronen, så er
kernen, på mange måder,
cirka 1/10.000 af volumen.
Så hvis man tænker over det, når du kigger på noget, hvis du
kigger på din hånd eller væggen eller hvis du
kigger på din computer. 99,99% af det er tomt rum.
Det er ingenting.
Det er vacuum
Hvis du havde ultra-små - vi kunne kalde dem
partikler eller sådan noget - ville de fleste af dem passere lige
igennem hvad end du kigger på.
Så allerede her stiller det spørgsmål
til vores opfattelse af virkeligheden
Hvad er der når, hvis -- og det her er fakta, det er ikke
en teori -- hvis man tager og kigger på byggestenene
på atom-niveau, ville det meste af
volumen af dette objekt
være tomt vacuum
Man ville kunne passere frit igennem, hvis man kunne komme ned
på den skala.
Dette billede af et helium atom, siger man er
en femttometer.
ikke?
1 femtometer
Det er størrelsen af kernen i et
helium-atom - ikke?
1 femtometer!
Dette her er en Ångstrøm - ikke?
og de siger at 1 Ångstrøm = 100.000 femtometer
Og bare for at få et billede af den skala, 1 Ångstrøm er
10 * 10^-10 meter
så et atom er cirka på størrelse med 1 Ångstrøm
I heliums tilfælde er kernen så
en endnu mindre del.
Det er 1/100.000
Så hvis man havde flydende helium, som der
ville være meget koldt.
hvis du kigger på det, vil det meste af det være tomt rum.
Hvis du kigger på en jernstang,
Igen ABSOLUT mest ingenting.
Vi taler ikke engang om, at der måske er en mængde
tomt rum inde i kernen, som vi måske kan kigge på i
fremtiden.
Men for mig er det vildt at tænke på at det meste af det vi kigger på
faktisk ikke er fast stof
De er faktisk hovedsageligt tomt rum - men det ser ud til at være fast stof
på grund af den måde lyset reflekteres i dem og de krafter
der frastøder os
men der er reelt ikke noget at røre der.
det meste her er tomt rum
Så har jeg også fået sagt tomt rum nok nu, og jeg tror
jeg vil vente med flere
mind-blowing ting til den næste video