Rychlokurz chemie
Rychlokurz chemie (1/43) · 9:56

Struktura atomu V úvodním videu série se spolu s Hankem Greenem zaměříme na strukturu atomu. Dozvíme se, čím je atom tvořen i jak víme, že atomy vůbec existují.

Ahoj, já jsem Hank Green a chci vás naučit chemii. Prosím, neječte a neutíkejte. Dejte mi pět minut, abych vás zkusil přesvědčit, že chemie není utrpení, ale úžasná a krásná věda o hmotě a když jí dáte šanci, nejenom že vás obohatí, ale také vám pomůže hlouběji pochopit váš svět. Je to jenom můj názor, ale myslím, že pochopení světa vede k větší schopnosti si ho užít a nic vám nepomůže pochopit svět lépe než chemie. Chemie v sobě nese tajemství, jak vznikl život, jak se léči rakovina, jak je možné, že iPhony mají větší pevné disky než 5 let staré laptopy a jak může život na téhle planetě vzkvétat, i ten náš, pokud známe pravidla hry. Chemie je věda o tom, jak tři malinké částice, proton, neutron a elektron, vytvořily miliardy kombinací a daly vzniknout... úplně všemu. V současnosti je chemie podivná věda, někdy označovaná jako most do ultra-abstraktního světa částicové fyziky, ale také do mnohem konkrétnějších věd, jako je biologie. Ale označovat chemii jako most je jako označit Euroasii jako ostrov. Chemie má všechno: šílené vědce, objevy, které mění svět, praktické, nepraktické, medicínu, výbušniny, potraviny, krásu, destrukci, život a smrt, odpovědí na otázky, o kterých jste ani nevěděli, že je máte. Miluji chemii a doufám, že vám dokážu ukázat proč. Takže dnes, začněme s možná největší myšlenkou všech dob: hmota je tvořena atomy. [Úvodní znělka] Chápu, nejste šokováni, ani ohromeni, možná už ani nedáváte pozor. Když ale byla atomová teorie poprvé navržena, působila dost šíleně. A ano, označujeme ji jako atomovou teorii, tak jak věda teorii definuje. Tedy jako dobře prozkoumanou sadu myšlenek, které vysvětlují mnoho rozličných pozorování. Ne jako teorii podle neformální definice, jako jen odhad. Naštěstí tu ale není nikdo kdo by tvrdil: "Atomy jsou jenom teorie!" Není to však tak dávno, co tu takoví lidé byli. Chcete vědět, kdo ukázal, že je to pravda? Einstein. Atomy byly postulovány dávno před 20. stoletím, ale až Einstein matematicky dokázal existenci atomů a molekul v roce 1905. Myslíte si, že Einstein se zabýval jen relativitou a tím, že E se rovná mc². Dokázal také, že atomy existují. Stalo se to takto... V roce 1827, botanik jménem Robert Brown pozoroval pylová zrnka ve vodě pomocí mikroskopu a všiml si, že se náhodně pohupují, i když tam nebyl žádný pohyb, který by to způsobil. Dlouho to byla záhada, až do roku 1905, kdy Einstein vyjádřil teorii, že je tento fenomén způsoben zatím neprokázanými atomovými částicemi, které narážely do pylových zrnek. Napsal pár skvělých rovnic, které ukázaly, že jeho teorie tento pohyb skoro přesně předpověděla a všichni museli uznat, že malé oddělené kousky hmoty opravdu narážely do pylu, a tak molekuly a tím i atomy musejí existovat. Dnes si stále připomínáme toho botanika a jeho objev, díky názvu pohybu, který objevil, je to tzv. Brownův pohyb. Je trochu šílené, že každá hmotná věc, se kterou jste kdy přišli do kontaktu je tvořena malými kulatými věcičkami. Začalo to tím, že lidi zajímalo, co se stane, když budou něco donekonečna rozkrajovat na poloviny. Nakonec už nebude žádný nůž dostatečně ostrý, aby to dále rozkrojil, a vy skončíte s jednou jedinou nerozdělitelnou substancí. Slovo "atom" je mimochodem z řeckého slova "nedělitelný" ale, samozřejmě, jak jsme naučili během 2. světové války, dokonce i atomy můžeme rozbít. Takže všechno, co představuje hmotu je tvořeno atomy, malými, oddělenými částicemi, které mají různé vlastnosti závisející na uspořádání 3 jednoduchých subatomárních částic. Máme tu proton, těžký a kladně nabitý. Neutron, podobně velký jako proton, ale neutrální. A elektron, který má stejně velký náboj jako proton, jenom opačný. A navíc téměř nic neváží, je skoro 1800 krát lehčí než proton nebo neutron. Protony a neutrony se vyskytují v jádře, a jsou tak jaderné částice, neboli nukleony. Elektrony poletují kolem jádra a jsou to části atomu, které dělají všechny zajímavé chemické věci. Než se však dostaneme k chemii elektronů, musíme nejprve pochopit vlastnosti jádra. OK, teď je důležité, abyste dávali pozor, počet protonů v atomu určuje, o jaký prvek se jedná. 79 protonů je vždycky zlato. 59 protonů je vždycky praseodym. Počet protonů v prvku udává jeho atomové číslo, je umístěno vpravo nahoře v boxu v periodické tabulce, protože je to vlastnost, která definuje prvky. Atom stříbra se 47 protony v jádře, je vždycky atom stříbra. V závislosti na tom, co dělají jeho elektrony a k čemu se váže, může být součástí chemikálie, která má stříbrnou, černou nebo modrou barvu, nebo je lesklá, nebo jedovatá, nebo léčivá, ale ať je jaká chce, ten atom je vždycky stříbro, a zůstane atomem stříbra pravděpodobně navěky, protože číslo jádra jde velmi, velmi těžko měnit. Na stříbře si můžete všimnou něčeho divného na jeho chemické značce, což je jedno- nebo dvoupísmenného kód, který vám říká, co to je. U stříbra je to Ag. Není to Si, což by byl křemík, Nebo Sv, které zatím není přiřazeno k žádnému prvku... ...ale Ag. Proč? Aby vás mohli mučit? Vlastně, ne. Stříbro, samozřejmě, protože ho známe hodně dlouho, bylo jedním z prvních prvků přidaných do periodické tabulky, a předtím se označovalo jako argentum, latinské označení pro lesklou šedivou věc. Také kořen slova "Argentina", kde si Španělští průzkumníci mysleli, že jsou hory ze stříbra, což samozřejmě není pravda. Název "Argentina", stejně jako ta chemická značka "Ag", však již zůstali, i přestože tak úplně neodráží realitu. A teď zpět k chemii. Jádra jako taková jsou nudná. Jsou totiž mnohonásobně menší, než je celý atom. Navíc jsou téměř neměnná, jsou od svého stvoření stále stejná. Pohromadě drží pomocí nejsilnějších sil, které fyzika zná, silných jaderných sil. Jádra definují podstatu prvku, a to je také důvodem jejich nudnosti. Zatímco elektron může skákat z atomu na atom jak se mu to hodí, počet protonů je skoro vždy stálý. Proto jádro atomu vychází z chemických rovnic prakticky vždy nezměněné. Je to část atomu, která zůstane i po všelijakých chemických reakcích stejná a bude se stejně chovat, jako libovolný jiný atom se stejným počtem protonů. Protonové číslo je takovou duší atomu. Je to znak, který jej charakterizuje. Neutron je též důležitý, ale nemění se s jeho počtem určení chemického prvku. Jednou ze dvou základních věcí v chemii je náboj. Ten budeme diskutovat v jiném dílu. Neutrony žádný náboj nemají, proto moc nemění vlastnosti daného atomu. I přesto jsou nezbytné. Víme dávno, že stejné náboje se odpuzují. Neutron tam potom funguje jako usměrňovač mezi jednotlivými protony. Bez nich bychom neudrželi všech 47 protonů u atomu stříbra v jádře. Ty protony by se asi od sebe odmrštily. Jádra tedy můžou držet pohromadě jen pokud jsou tam protony i neutrony ve vhodném poměru. Třeba stříbro potřebuje 60 neutronů ke svým 47 protonům. Nemusí to ale vždy být 60. Ve skutečnosti by bylo velmi stabilní i s 62 neutrony. 61 by však nefungovalo. A důvodem je... ...to já nevím, zeptejte se na to nějakého jaderného fyzika. Protonové číslo stříbra se nemění, když měníme počet neutronů. Protože počet protonů zůstává zachován. To, co se mění, je relativní atomová hmotnost. Relativní atomová hmotnost, dříve nazývaná atomová váha, je v podstatě počet protonů plus počet neutronů zprůměrované přes všechno stříbro na Zemi. Z toho důvodu, že stříbro má dva stabilní izotopy, lišící se počtem neutronů, není relativní atomová hmotnost celé číslo. Asi 52 % veškerého stříbra má 60 neutronů a 48 % jich má 62. Relativní atomová hmotnost se pak určí jako průměr mezi 107 a 109, 107,8682. Všimli jste si, že jsem ty dva druhy stříbra nazýval isotopy? Mají různé hmotnosti, ale stejné chemické vlastnosti. Je to navíc pořád ten samý prvek. Proto oba patří na stejné místo v periodické tabulce prvků. Ve skutečnosti, slovo isotop lze přeložit jako "stejné místo". Různé isotopy mají různá hmotnostní čísla. Hmotnostní číslo jen vyjadřuje celkový počet nukleonů v jádře, čím se liší od atomové hmotnosti Toto je jednoduchý součet. A ne průměr ze všech existujících izotopů. Stříbro má tedy 2 stabilní izotopy. První, který má hmotnostní číslo 107 kterému říkáme stříbro 107 a druhý s hmotnostním číslem 109, stříbro 109. Existuje jednoduchý způsob, jak toto zapsat, aby se informace neztratila. Zapíšeme chemickou značku s protonovým číslem, tedy počtem protonů sem, hmotnostní číslo, neboli součet protonů a neutronů sem, a tady se píše náboj, který nám prozradí, kolik elektronů chybí nebo přebývá. Než shrneme náš první díl rychlokurzu chemie na téma atomového jádra, zmíním ještě, že slovo jádro má v angličtině 2 správné způsoby výslovnosti. Slovo "nucleus" můžete číst jako [nukjulus], což je úplně správně. Ale můžeme to číst i jak je to napsané, jako v češtině, [nukleus]. To je vše pro dnešní epizodu Rychlokurzu chemie. Pokud jste byli pozorní, víte už víc o atomech než kdokoliv v roce 1900. Třeba to, že byli poprvé dokázány Einsteinem pomocí Brownova pohybu. Dále že prvky jsou chemicky čistými látkami. Také že typ atomu je definován počtem protonů v jádře, neboli protonovým číslem. Navíc už víme, že neutrony stabilizují jádro pro své kamarády protony a že různé izotopy jsou stejnými prvky a jsou důvodem, proč relativní atomové hmotnosti nikdy nejsou celá čísla. Také jsme si řekli, že jádra jsou nezajímavou částí atomu, zatímco elektrony nám zajišťují veškeré chemicky zajímavé děje.
video