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- 人類早已知曉
- 只需留意周遭的環境
- 就會發現不同的物質
- 這些不同的物質 往往會有不同的性質
- 不僅僅是性質不同
- 可能一種物質會以某種方式反射光 而另一種卻不能
- 這種物質或有某種顏色 或在特定的溫度下
- 變成液體、氣體、固體
- 但我們也開始觀察
- 它們是如何在某些情況下相互反應的
- 這裡有幾張這些物質的照片
- 這張是在石墨形態下的碳的照片
- 這裡這張是鉛 這張是金
- 我做了標記的這些照片
- 也就是在此給大家展示的圖片
- 都是我在這個網址裏找到的
- 這些都是在固態下的照片
- 不過我們也知道 某種空氣
- 某些空氣粒子
- 當所觀察的空氣粒子的類型不同
- 例如碳、氧、氮
- 它們的性質都有所不同
- 或者是其他的東西 比如液體
- 可能只需將這些物質的溫度提到足夠的高
- 例如 將金或鉛的溫度提到足夠高
- 你就能得到液態的金或鉛 又或者
- 如果把碳燃燒 就可以將它轉化爲氣態
- 還可以將其釋放到大氣中
- 還可以打破它的結構
- 這些是我們人類上千年來 通過各種方法
- 觀察得來的知識
- 但是 這指向了一個自然問題
- 很久以前 這是一個哲學問題
- 不過我們現在可以更好地回答這個問題了
- 這個問題就是 如果你不斷將一塊固體碳
- 切得越來越小
- 能不能切到最小
- 最終得到碳的最小單位？
- 如果繼續將它切小
- 它會不會失去碳的特性？
- 問題的答案是肯定的
- 因此 我們先來學習一個術語
- 我們稱這些不同的物質
- 這些純淨的
- 在某些溫度下
- 有特殊性質、有不同的反應的物質
- 我們稱之爲元素
- 碳是一種元素 鉛是一種元素 金亦是一種元素
- 你或許會認爲水是一種元素 而且在歷史的長河中
- 古人也曾稱水爲元素
- 但現在我們知道 水是由更爲基礎的元素組成的
- 它是由氧元素和氫元素所組成
- 現今發現的所有元素
- 都列在元素周期表上
- C代表碳
- 下面我只介紹一下
- 幾種較爲常用的元素
- 隨著時間的推移
- 你或許會熟悉所有這些元素
- 這是氧元素 這是氮元素 這是矽元素
- 這是Au――金 這是鉛
- 然而 這些元素的最基本單位都是原子
- 所以 如果你不斷地拆分它
- 把它拆得越來越小
- 最終你會得到一個碳原子
- 對金做同樣的事
- 最終你會得到一個金原子
- 同樣 對鉛做相同的事
- 最終你會得到一些很小的
- 用一個比粒子更好的詞 我們可以稱之爲鉛原子
- 然後就不能再將其
- 拆分成更小的“鉛”了
- 它不再會擁有鉛的性質
- 坦白說
- 這真是一些太難以想象了
- 原子真是難以置信的小
- 難以想象的小 舉個例子 碳原子
- 我的頭發也是由碳原子構成的
- 事實上 我很大一部分都是由碳原子構成的
- 事實上 大部分的生物都是由碳原子構成的
- 所以 如果你把我的頭發。。。 當然我的頭發是碳
- 我的頭發絕大部分都是碳
- 所以 如果把我的頭發放在這 我的頭發不是黃色的
- 但它和黑色形成了很好的對比
- 我的頭發是黑色的 不過就算我把頭發放在這裡
- 你們在屏幕上也看不到
- 但是如果把我的頭發放在這裡
- 我會問 我的頭發有多少個碳原子寬？
- 如果給我的頭發絲做一個橫橫斷面
- 不是縱切 是橫著切
- 有多少個碳原子那麽寬呢？
- 你或許會猜 Sal已經告訴過我了 它很小很小
- 所以 有一千個碳原子？
- 或一萬個？ 或十萬個？
- 但我的回答是 錯！ 它有一百萬個碳原子
- 如果你把一百萬個碳原子並在一起
- 就可以得到人類頭發絲的平均直徑
- 這顯然是一個近似值 它不是精確的一百萬
- 不過它可以讓你感覺到原子是多麽的小
- 拔一根頭發 然後試著想象一下
- 頭發絲中並排放置一百萬個小東西
- 不是順著頭發 而是頭發的寬度
- 我們甚至很難觀測到頭發的直徑
- 更何況是一百萬個碳原子 僅是它的直徑
- 這本身就很酷
- 我們知道 碳原子是碳最基礎的組成部分
- 原子是所有元素最基礎的單位
- 但更爲整潔的是 那些最基本的單位――原子
- 是相互關聯的
- 一個碳原子是由更爲簡單的粒子所組成的
- 一個金原子也是由更爲簡單的粒子所組成的
- 它們實際上是
- 由這些基本粒子的排列方式來確定的
- 如果你要去改變這些基本粒子的數量
- 改變這最基本的粒子的原有個數 你可以
- 改變這種原子的特性 以及它發生的反應
- 甚至可能改變元素的種類
- 試著好好的理解
- 讓我們先來聊聊那些更基本的粒子
- 首先是質子
- 質子實際上有決定性的意義
- 原子核裏的質子數量
- 等會我們再聊聊原子核
- 這就是決定元素種類的東西
- 決定元素種類的東西
- 當你看這裡這張元素周期表時
- 它們實際上是按照原子序排列的
- 原子序 實際上
- 就是這種元素的質子數
- 根據定義 氫原子有1個質子
- 氦原子有2個質子 鈣原子有6個質子
- 你找不到有7個質子的碳原子
- 如果你真找到了 那它就是氮原子 不是碳原子了
- 氧原子有8個質子
- 如果你通過某種方式給它加1個質子
- 它就不再是氧了 它會變成氟
- 所以 質子數決定了元素
- 質子數決定了元素
- 原子序 也就是質子的數量
- 質子的數量――記住 是它的數量
- 寫在最上方的這裡
- 寫在元素周期表上的每個元素的上方
- 質子數等於原子序
- 質子數是等於原子序的
- 原子序寫在這上面
- 因爲它能確定一種元素
- 原子的另外兩種組成部分
- 我想我們可以直接用術語來說
- 是電子和中子
- 然後 你可以自己在腦袋裏搭建一個原子模型
- 這個模型 在我們學習化學的過程中會發現
- 它會變得更加抽象
- 真的很難給它一個概念
- 但是我們可以先來想象
- 在原子的中心是質子和中子
- 它們構成一個原子的原子核
- 比如說碳 我們知道有6個質子
- 所以一、二、三、四、五、六
- 碳12 是其中一種碳
- 它有6個中子
- 你會發現碳有很多種類
- 它們的不同 在於它們的中子數不同
- 所以中子數可以不同 電子數也可以不同
- 改變之後它還是相同的元素
- 只有質子數不能變
- 只要質子數一改變 你就會得到不同的元素
- 所以 讓我來畫個碳12的原子核
- 一、二、三、四、五、六
- 所以 這就是碳12的原子核
- 有時候可以寫成這樣
- 有時候會在下面標上數字
- 這個數字也就是質子的數量
- 所以說稱之爲碳12的原因就是――
- 這裡有6個中子
- 12是一個總數
- 你可以把它看作
- 一種研究這粒子的方式
- 這個數值的不同 在將來的課程中會有細微的差別
- 這是原子核中
- 質子和中子的總數
- 碳的原子序是6
- 我們可以寫在這裡提醒自己
- 所以在碳原子的中心 這個原子核
- 碳12有6個質子和6個中子
- 而另一種碳 碳14
- 仍有6個質子
- 不過有8個中子
- 中子的數量是可以不同的
- 這個是碳12
- 如果這個碳12是中性的
- 我等會也會在這裡做些細微的改變
- 如果它是中性的 它還會有6個電子
- 讓我來畫那6個電子
- 一、二、三、四、五、六
- 第一點我們會想到的是
- 電子和質子的關係
- 你可以想象這些電子
- 像蜜蜂一樣在原子核周圍轉圈
- 有一種模型是 你可以想象它們
- 像行星一樣繞著原子核運動 但是這並不完全正確
- 它們不會像行星一樣按著特定的軌道運行
- 像太陽係的行星繞著太陽運行那樣
- 不過那是很好的想象的起點
- 另外它們還會在原子核周圍跳來跳去
- 或者說它們在原子核周圍亂動
- 這是事實
- 雖然在這個層面上顯得特別古怪
- 實際上 我們要學習量子物理學
- 才能真正理解這些電子的運動
- 不過你腦袋裏第一個物質模型
- 就是在碳12原子的中心
- 有這個原子核
- 在這裡 有這個原子核
- 然後這些電子在原子核周圍跳來跳去
- 這些電子之所以
- 不會遠離原子核
- 它們像是被束縛在原子核周圍的原因
- 讓它們構成了原子一部分的原因
- 就是 質子帶正電荷
- 質子帶正電荷 而電子帶負電荷
- 這是這些粒子的性質之一
- 如果你開始思考
- 爲什麽是電荷而不是中子數？
- 那麽也就開始深入這個問題了
- 不過我們熟悉的是
- 電磁力
- 例如正負電荷彼此吸引
- 所以最佳的想法就是：質子和電子
- 因爲帶有不同的電荷
- 它們互相吸引 而中子是電中性的
- 所以它們只是老實呆在原子核裏
- 對於某些元素來說 中子數確實會
- 在某種程度上影響這種物質的特性
- 不過電子不會飛離原子核的真正原因是
- 電子和質子是相互吸引的
- 電子被原子核吸引
- 另外 電子還擁有快得難以置信的速度
- 這對於我們初學者來說也是很難理解的
- 要講電子在做怎樣的運動的話
- 得扯到很深的物理知識――不過已經足夠了
- 知道它在原子和周圍亂跳就足夠啦
- 因爲它們不想被原子核吸進去
- 我想這是一種解釋方法
- 另外 我剛剛提到了碳12
- 元素種類由質子數決定
- 氧由有8個質子決定
- 不過再次提醒 電子也會相互作用
- 它們也有可能被其它原子拐走
- 這實際上構成了大部分的化學理論
- 例如一個原子有多少個電子
- 或是某種元素有多少個電子
- 以及這些電子的排列方式
- 以及其他元素的電子的排列方式
- 或者這種元素的其他原子
- 由此我們可以推測 一種元素的一個原子
- 可以怎麽和同種元素的其他原子反應
- 或者一種元素的一個原子 是怎麽反應的
- 或者它怎麽被制限、遊離、被吸引
- 或排斥另一種元素的另一個原子
- 我們在以後也會學到更多這方面的知識
- 舉個例子 在某個地方的另一個原子
- 因爲某種原因
- 可能一下子就把碳原子的電子給拐走了
- 我們將會談論某些元素的中性原子
- 它相對其他元素的中性原子對電子有更大的親合力
- 所以 也許就是其中一個這樣的原子從碳原子裏奪走了一個電子
- 那麽這個碳的電子數就會少於它的質子數
- 也就是有5個電子6個質子
- 然後就會帶1個正電荷
- 所以在這個碳12裏 我最初畫的這個碳原子
- 有6個質子、6個電子 電荷正好抵消了
- 如果我失去1個電子 那麽只有5個電子
- 那麽它就會有1個正電荷
- 在整個化學課程中
- 我們還會談論到更多有關這些的知識
- 不過很高興
- 這些知識已經開始變得相當有趣
- 我們已經講到了 作爲基本單位的原子
- 竟然是由更小的粒子組成的
- 是由更小的粒子組成的
- 這些東西都可以互相交換
- 改變一個原子的特性 甚至從一種元素的一個原子
- 變成另一種元素的另一個原子