Tip:
Highlight text to annotate it
X
Enamus aladel peab olema üsna edasijõudnud enne
filosoofiliselt huvitavate
asjadeni jõudmiseks, aga keemias saab kõik alguse juba
maast-madalast vaieldamatult filosoofiliselt kõige
huvitavama osaga kogu teema juures - Aatom.
Aatomi idee, nagu filosoofid juba ammu, ja
sa võid üles otsida erinevad filosoofe, kes
filosofeerisid sellest, *** ütlesid, hei, mis siis saaks
kui ma alustaks, näiteks õunaga
kui ma alustaks õunaga
ja lihtsalt jätakaks selle õuna lõikamist -- las ma joonistan
ühe kena välimusega õuna, mis ei näeks välja
nagu süda.
vot nii.
Ilus õun, ja nüüd me jätkame selle lõikumist
aina väiksemaks ja väiksemaks.
Nii et lõpuks, meil on tükk nii väike, et seda
ei ole võimalik edasi lõikuda.
Ja ma olen veendunud, et need filosoofid läksidki
noaga ja proovisid seda kuni *** lõpuks tundsid, et
oh, oleks nuga ainult pisut teravam, siis saaks veel õuna poolitada
oh, oleks nuga ainult pisut teravam, siis saaks veel õuna poolitada
Seega see on täiesti filosoofiline konstruktsioon, mis
kahjuks, paljugi ei erine sellest, milline
aatom on tänapäeval
See on kõigest vaimne abstraktsioon, mis lubab meil
kirjeldada paljusid asju, mida me näeme universumis
Aga igatahes, need filosoofid ütlesid, et ühel hetkel me
arvame, et meil on nii väike õunatükk
et seda ei ole võimalik enam poolitada.
Ja *** kutsusid seda aatomiks.
Ja see ei pea olema just õun, *** ütlesid
see kehtib kõikide ainete, materjalide kohta, mida
võime universumis kohata.
sõna "atom" on tegelikult vanakreeka sõnast "jagamatu".
Lõikamatu või jagamatu.
Lõikamatu
Nüüd me teame, et see tegelikult on jagatav ja isegi
kui see ei ole triviaalne, siis see ei ole meile
teadaolevalt kõige väiksem mateeria
Me nüüd teame, et aatom on üles ehitatud teistest
algosakestest
Ja las ma kirjutan selle.
Meil on neutron.
Sekundi pärast ma joonistan, kuidas need kõik lõpuks kokku sobivad ja
aatomi struktuuri.
Meil on neutron.
Meil on prooton.
Ja meil on elektronid.
Elektronid.
Sa võid seda juba teada kui sa vaatad
vanu videoid aatomite kavandeid, siis sa leiad sealt joonistuse
mis näeb välja umbes selline...
Las ma proovin joonistada üht.
Nii et sul on midagi sellist.
Ja seal on midagi sellist ümber selle tiirlemas
mis näeb välja ubmes nii.
Neil on orbiidid, mis näevad välja nii.
Ja võibolla veel midagi sellist.
Ja peamine arusaamine sarnastest tuumajoonistest
-- ja ma olen kindel, et need ikka veel esinevad mõnes
valitsuse kaitse laboris vms -- on selline
et on tuum aatomi keskel.
Tuum on aatomi keskel.
Ja me teame, et tuumal on neutronid ja prootonid.
Neutronid ja prootonid.
Ja me räägime veel pisut elementidest ja sellest
kui palju on neil neutroneid ja prootoneid
ja siis *** tiirlevad, ja ma kavatsen kasutada sõna "tiirlema"
praegu, olgugi, et kahe minuti pärast
me õpime, et sõna "tiirlema" on tegelikult vale või isegi
vaimselt väär viis ette kujutamaks, mida
elektron teeb.
Aga vanasti idee oli selles, et need elektronid,
mis tiirlevad ümber tuuma on väga sarnased sellele,
kuidas maa tiirleb ümber päikese või kuidas kuu
tiirleb ümber maa.
Ja on teada, et see on tegelikult
väga vale viis.
Kui me hakkame õppima kvantmehaanikat, siis me õpime,
miks see ei tööta, ja mis on on need vastuolud, mis tekivad
kui sa üritad teha elektroni mudelit nagu planeeti,
mis käib ümber päikese.
Aga see oli see algupärane idee, ning kahjuks
mulle tundub, et see idee on kõige enam levinud
kuidas nähakse aatomit.
Nüüd, ma enne ütlesin on aatom filosoofiliselt huvitav.
aga miks?
Kui me nüüd vaatame aatomit nii nagu tegelt on
siis muutub uduseks piir füüsilise
reaalsuse ja kõik mis on maailmas, on lihtsalt informatsioon
ja tegelt ei ole olemas sellist asja nagu tõeline aine või
tõelisi osakesi nagu me defineerime neid igapäeva elus.
Minu jaoks osake näeb välja
nagu liivatera.
Ma saan seda üles korjata ning katsuda.
Näiteks laine, kasvõi helilaine. See võib olla
lihtsalt energia muutus ajas.
Aga me õpime, täpsemalt kvantmehaanikas,
et kõik muutub segasemaks kui me läheneme
aatomi mõõtkavale.
Igatahes, ma ütlesin, et see on väär viis selle kujutamiseks.
Milline on siis õige viis?
Seega tuleb välja -- et see pilt, no mitte pilt tegelt,
see on samuti illustratsioon.
See on huvitav küsimus, mis ma just ütlesin.
Kuidas saab olemas olla pilt aatomist?
Sellepärast, et tegelikult tuleb välja, et enamus valguse lainepikkusi
eriti nähtava valguse lainepikkused, on palju suuremad,
kui aatom.
Kõik ülejäänud, mida me näeme maailmas
on peegeldunud valgus.
Aga järsku, tegeledes aatomiga,
peegeldunud valgusega võib seda näha juba liiga suurelt
ehk valgus võib tunduda olevat ebasobilik vahend, millega vaadata aatomit
Igatahes, see on heeliumi aatomi illustratsioon
Heeliumil on kaks prootonit ja kaks neutronit
Vähemalt sellele heeliumi aatomil on kaks
prootonit ja neutronit
Ja *** kujutavad seda tuumas, täpselt
seal, võibolla need on kaks -- ma eeldan, et
*** kasutasid punast prootoni ja lillat neutroni jaoks
Lilla tundub kuidagi neutraalsem värv.
Ja *** on aatomi keskel.
Ja kogu see hägu selle ümber, need on
kaks elektroni, mis heeliumil on, vähemalt
sellel heeliumi aatomil on.
Võib olla ka rohkem või vähem elektrone vahel
Aga siin on kaks elektroni.
Ja sa tahad teada kuidas kaks elektroni saab olla see udu
mis on nagu määritud ümber aatomi.
See on see koht, kus kõik muutub filosoofiliselt huvitavaks.
Ei ole võimalik täpselt teada elektroni teekonda ümber tuuma,
vastupidiselt traditsioonilisele ideele, millega
me kokku puutume planeetide juures, või kui me lihtsalt
kujutame asju ette suuremana.
Tuleb välja, et elektroni puhul, sa ei tea selle täpset
momentumi ega asukohta ajahetkel.
Kõik mis sa tead on ainult, kus see
kõige tõenäolisemalt on
Siin on see kujutatud, et tumedamal osal on suurem
tõenäosus, sealt on palju suurem võimalus leida
elektroni kui siit.
Aga elektron võib olla ükskõik kus.
See võib olla isegi siin, olgugi et see on täiesti valge ala
aga väga, väga, väga, väikese
tõenäosusega.
Seega, see ala kus elektron võib olla, kutsutakse
orbitaaliks.
Orbiitaal.
Mitte segi ajada orbiidiga
Orbitaal.
Mäletage, et orbiit on midagi sellist.
See on nagu Veenus käib ümber päikese.
Seda on füüsiliselt meil üsna lihtne ette kujutada.
Samas kui orbitaal on tegelikult matemaatilise tõenäosuse
funktsioon, mis ütleb meile
kust me kõige tõenäolisemalt leiame elektroni.
Me tegeleme sellega veel palju rohkem kui me oleme jõudnud
kvantmehaanika juurde, aga see ei ole veel nii pea
nendes sissejuhatavates keemia loengutes.
Aga on ju huvitav?
Elektroni käitumine sellel mõõtkaval on nii veider, et
seda kutsuda osakeseks on peaaegu et eksitav.
See on osake, aga see ei ole osake selles
mõttes nagu me oleme harjunud igapäeva elus.
See on selline asi, et sa ei saa isegi õelda, kus see täpselt on.
See võib olla ükskõik kus siin.
Ja hiljem me isegi õpime, et on isegi erineva kujuga
neid aatomi ümbrusi, lisades aatomile veel ja veel elektrone.
Aga mulle hakkab see tekitama filosoofilisi probleeme
küsimus, et mis aine üldse on, või et asjad mida me näeme, kui
reaalsed *** on?
Või kui reaalsed need on meie määratletud reaalsuses?
Igatahes ma ei taha liiga filosoofiliseks siin muutuda.
Aga kogu see mõiste elektronidest ja prootonitest on
kohati järeldatud laengu mõistest.
Ja me oleme sellest isegi rääkinud enne kui me õppisime
Coulombi seadust.
Sa võid vaadata Coulombi seaduse videod füüsika
esitusloendist. Aga idee selle taga on, et elektronil
on negatiivne laeng.
Prootonil, vahepeal kirjutatakse nii,
on positiivne laeng.
Ja neutronil ei olegi laengut.
Aga mis oli nii ahvatlev selle algse
elektroni mudeli juures?
Kui õeldakse, et sellel siin on positiivne laeng, ok?
Ja ütleme, et siin on kaks neutronit ja kaks prootonit.
Ütleme, et see on heeliumi aatom.
Siis meil on mõned positiivsed laengud siin
Ja mõned negatiivsed siin.
Vastupidised laengud tõmbavad üksteist.
Ja kui nendel siin oleks piisavalt
kiirust, siis *** liiguksid siin nii, nagu
planeet tiirleb ümber päikese,
Olgugi, et see on osaliselt tõene, siis nüüd me õpime,
et mida kaugemal elektron on tuumast, seda enam
on sellel potentsiaalset energiat.
Selles mõttes tahab see liikuda tuuma poole küll, aga
kogu selle kvantmehaanika pärast, see ei
tee midagi nii lihtsat nagu käiks mööda seda rada, nag
komeet käiks ümber päikese, sellel tegelikult
on selline lainele sarnane käitumine, millel on lihtsalt tõenäosuse
funktsioon, mis seda kirjeldab.
Aga mida kaugemal on orbitaal, seda
rohkem potentsiaali sellel on.
Me veel süübime sellese hiljem videos.
Aga igatahes kuidas tunda ära elementi?
Ma olen rääkinud palju filosoofiast ja sellisest,
aga kuidas ma tean, et see on heelium?
Kas neutronite arvu järgi?
Kas prootonite arvu järgi?
Kas elektronide arvu järgi?
Vastus on, prootonite arvu järgi.
Seega, kui sa tead prootonite arvu elemendis, siis
tead sa ka, mis elemendiga on tegu.
Prootonite number on defineeritud
kui aatomnumber.
Nüüd, teeme nii, et ma ütlen, et aatomil on neli prootonit.
Kuidas me teame siis, millega tegu?
Kui meil ei ole peas, siis me saame alati kontrollida
perioodilisustabelist, millega me puutume veel
palju kokku selles esitusloendis. Ja sa tead, et neli prootonit,
see on berüllium.
Just seal.
Ja aatomi number on see number mida sa näed seal üleval.
Mis on sõna otseses mõttes prootonite arv.
Ja see on see, mis eristab
ühte aatomit teisest.
Kui on viisteist prootonit, siis on tegu
fosforiga.
Ja järsku kui on seitse prootonit, siis sa
tegeled lämmastikuga.
Kaheksa puhul on tegu hapnikuga.
See eristabki elemente.
Nüüd, tulevikus me räägime mis juhtub laengute
ja kõige sellega.
Või mis juhtub kui element saab juurde või kaotab elektrone.
Aga see ei muuda elementi, millega me tegeleme.
Samamoodi ka neutronite arvu muutes,
ei muutu element.
Aga see viib meid küsimuse juurde, et
kui palju neutroneid ja elektrone üldse on?
Kui aatom on neutraalse laenguga, siis see tähendab,
et sellel on ka sama palju elektrone.
Ütleme, et mul on süsinik.
Selle aatomnumber on 6.
Ja selle massi number on 12.
Nüüd mis see tähendab?
Ja las ma kordan veel, et see on neutraalne osake.
Neutraalne aatom.
Nii aatomnumber süsinikul on 6.
seega see ütleb meile mitu prootonit sellel on.
Seega kui ma joonistaksin pisikese mudeli siia, ja see
ei ole täpne mudel.
Ma joonistan kuus --kaks, kolm, neli, viis, kuus
prootonit keskele.
Ja iga prooton kaalub üks
aatommassiühik, millest me räägime veel kuidas
see suhtub kilogrammidega. See on väga väike
osake kilogrammist.
Laias laastus ma pakuks, et see on 1,6 korda 10 astmel
-27 kilogrammi.
Nii ütleme, et iga aatommassiühik,
mis on enamvähem võrdne 1,67 korda 10 astmel
-27 kilogrammi. See on väga väike number.
Seda on peaaegu et isegi võimatu visualiseerida.
Vähemalt minul.
See ütleb mulle terve süsiniku aatomi massi,
selle süsiniku massi.
Ja see võib muutuda erinevate
süsiniku aatomite puhul
ja see on põhiliselt prootonite mass
liita neutronite mass.
ja igal prootonil on aatomimass üks aatommassiühik,
ja igal neutronil on aatommass ka
üks aatommassiühik.
Seega see on tegelikult prootonite arv liita
neutronite arv.
Seega sellisel juhul meil on kuus prootonit, seega meil peab ka olema
kuus neutronit.
kuus neutronit liita kuus prootonit.
Nüüd, kus on elektronid?
Nagu ma ütlesin, see on neutraalne, seega prootonil on sama suur
positiivne laeng kui elektroni negatiivne laeng.
seega see on neutraalne aatom, millel on kuus prootonit
ja kuus elektroni.
Las ma joonistan selle.
Nagu ma ütlesin, sellel on kuus neutronit siin.
üks, kaks, kolm, neli, viis, kuus.
seega see on tuum siin.
Ja kui me samuti joonistaks siia ka elektronid -- ma võiks need
joonistada ka kui uduna siia ümber, aga kui me tahame visualiseerida seda
veidike paremini, siis me võime õelda, OK, meil on kuus
tiirlevat elektroni.
üks, kaks, kolm, neli, viis, kuus.
Ja *** liiguvad sellises ettearvamatus
viisis, et selle kirjeldamiseks peaksime kasutama
tõenäosus funktsiooni.
Huvitav asi selle juures on, et enamus
aatommassist on just siin.
Ehk, sa võibolla oled märkanud, et massi puhul,
kui on vaja aatomi aatommassi,
siis ei pöörata tähelepanu elektronile.
see on sellepärast, et ühe prootoni mass
on võrdne 1836 elektroniga.
Seega mõeldes aatommassi peale, ükskõik mis üldisel
eesmärgil, võib jätta kõrvale elektronide massi.
See on tegelikult tuuma mass, mis on tegelikult
aatommass.
Nüüd, vaadates seda perioodilisustabelit siin, ja sa
ütled, OK, aatominumber on siin.
Hapniku aatomnumber on kaheksa.
See tähendab, sellel on kaheksa prootonit.
Aatomnumber silikonil on 14.
sellel on 14 prootonit.
Nii mis see nüüd siin on?
Vaatame süsiniku.
Süsinikul siin on 12.0107.
See on süsiniku aatommass.
Las ma kirjutan selle.
Süsiniku aatommass.
Aatommass on 12.0107.
Nüüd, mis see tähendab?
Kas see tähendab, et süsinikul on kuus prootonit ja
ülejäänud 6.0107 neutronit, ehk on
mingi murdosa neutronit?
Ei.
See tähendab, et arvutades keskmist kõikide erinevate
süsiniku versioonidega planeedil, siis
keskmine neutronite arv, tähelepanu pöörates ka kogustele
erinevatel süsinikel siis see
oleks see keskmine, mis tuleks tulemuseks.
seega tuleb välja, et süsiniku kaks põhilist olekut, peamine
mis on süsinik-12.
See on selline.
Sellel on kuus prootonit ja kuus neutronit.
Ja siis järgmine isotoop süsinikul.
Nüüd, isotoop on sama element ainult erineva
arvu neutronitega.
Veel üks isotoop süsinikul on süsinik-14, mis on
veel haruldasem meie planeedil.
Me ei tea kui palju on seda universumis, aga planeedil.
Nüüd kui võtta kõikide nende keskmine, ja mitte kõige lihtsmal viisil
keskmine, sest siis sa saaksid süsinik-13 ja aatomi
mass tuleks 13, aga selle osakaal on palju kõrgem
sellepärast, et seda on meie planeedil palju rohkem.
Ma pean silmas seda, et see on põhimõtteliselt
kogu süsinik, mis on meie ümber.
Aga seal on ka pisut seda.
Seega kui võta arvesse nende osakaalu, keskmine
tuleks selline.
Enamus süsiniku, meie ümber -- Ehk siis leides
suvalise tüki süsiniku, selle keskmine aatommass on
12.0107 aatommassiühikut.
Aga idee selle isotoobi taga on huvitav.
Mäletad, et kui neutronite arvu muutes, sa ei muuda
tegelikult algset elementi.
Sa saad lihtsalt teistsuguse isotoobi, teistsuguse
versiooni elemendist.
Seega need kaks versiooni süsinikust on mõlemad isotoobid.
Nüüd, ma tahaks lõpetada seda videot, mis minu arust on
kõige ägedam idee aatomite juures. Ja see
on filosoofiliselt kõige huvitavam asi nende puhul.
See on nende suhteline suurus -- ehk, meil on need elektronid,
mis esindavad väikesed osi aatommassist.
see on 1/2000 aatomi massist on elektronid.
Ja isegi nende puhul, on raske kirjeldada neid kui
osakesi, sest sa ei suuda mulle isegi õelda kus ja
kui kiiresti üks selline osake liigub.
Neil on kõigest üks tõenäosus funktsioon.
Seega suurem osa aatomist on tuuma sees.
ja see on see huvitav asi.
Nüüd kui sa vaatad üht keskpärast aatomit, ütleme
et see on mu aatom.
Ütleme, et mul on kaks aatomit mis on ühendatud üksteise külge.
Ja ma ütlen, kui palju sellest on tegelik täidis?
ja kui ma mõtlen täidis, siis see on väga abstraktne mõiste, sest
me räägime tuumast ju?
Sest tuum on see, kus kogu see
mass on, kogu täidis.
Tuleb välja, et see on tegelikult lõpmatult
väike murdosake aatomi ruumalast.
ruumala aatomil on väga raske määratleda, sest elektron võib
olla ükskõik kus kohas, aga kui sa vaatad ruumala kui
kust sa kõige tõenäolisemalt leiaks elektroni, siis 90%
tõenäosusega sa leiad sealt elektroni, siis
tuum on, paljudel juhtudel ja kuidas ma mõtlen sellest,
on umbes 1/10,000 ruumalast
Nüüd kui mõelda selle peale, siis kui sa vaatad näiteks
oma kätt, või kui sa vaatad seina või
vaatad oma arvutit, siis 99,99% on sellest tühi ruum.
See pole midagi.
See on vaakum.
Kui sul oleks üliväike -- ma eeldan, et me võime neid kutsuda
osakesteks või sellisteks -- enamus nendest läheks otse läbi
ükskõik mida sa ka ei vaataks.
seega see juba paneb meid
küsitlema meie nägemust reaalsusest.
Mis seal oleks kui -- ja see on fakt, see ei ole
teooria praegu -- kui sa võtaks midagi lahti
algosadeks, aatomite levelini, siis enamus
ruumi sellest asjast, on
tühjus
Sa võiksid sellest lihtsalt läbi minna kui sa oleksid
samas mõõtkavas.
See pilt heeliumi aatomist, räägitakse, et just siin see on
üks Femtomeeter.
Õigus?
Üks femtomeeter.
See on ikka tuuma mõõtkava
heeliumi aatomist ju?
Üks femtomeeter.
See on ikka ongström ju?
Ja *** ütlevad, et see võrdub 100 000 femtomeetriga.
Ja et paremini mõõtkavast aimu saada, üks ongström on 1 korda
10 astmel -10, õigus?
Seega aatom on umbes ongströmi mõõtkavas
Heeliumi puhul, tuum on
isegi veel väiksem murdosake.
see on 1/100 000.
Seega kui sul oleks -- ütleme vedel heelium, mille sa
pead saama väga külmaks, et seda saada.
Nüüd kui sa vaatad seda, siis enamus sellest on tühjus.
Kui sa vaatad üht suvalist raua tükki, siis enamus sellest
enamus sellest, on tühjus.
Ja me isegi ei räägi, et ehk on seal veidikene tühja
ruumi tuumas, millest me võiks rääkida
tulevikus.
Mind aga, paneb see imestama, et enamus asju, mida me näeme
ei ole tegelikult tahked.
*** on lihtsalt tühi ruum, aga *** tunduvad tahked
sellepärast kuidas valgus nendelt peegeldub või jõududest
mis meid tagasi tõrjuvad.
Aga tegelikult seal ei ole midagi, mida katsuda.
Enamus sellest siin on lihtsalt tühi ruum.
Ma usun, et ma olen kasutanud väljendit tühi ruum nüüd piisavalt, ja ma arvan
et ma lahkun praeguseks ning
jätan kõik ülejäänud meeli ülendava järgmisse videosse.