Indlæser

Video udskrift

I introduktionen til atomet lærte vi, at i atomets midte findes kernen, og at den er faktisk udgør en meget lille brøkdel af atomets totale rumfang. . Selvom elektronen kaldes en partikel, lærte vi også, at den bedst beskrives som en udsmurt sky omkring atomets kerne. . Selvom det er en partikel, så fortæller Heisenbergs ubestemthedsprincip, at vi i et helt bestemt øjeblik ikke kan vide helt præcist, hvor partiklen er, og hvad dens impuls er. Derfor er beskrivelsen af elektronen som en partikel en lille smule misvisende i en vis forstand. Det er i hvert fald ikke en helt alminde partikel. Den er underlig på en spændende måde. Elektronen kredser ikke om kernen på samme den måde som planeterne kredser om solen. Planeterne kredser om Solen i ellipsebaner, nogenlunde sådan her som den blå ellipse. Det ligner egentligt mere banen for en komet. Det kunne være Halleys Komet som kredser rundt om Solen. Elektronen beskrives i stedet som en sandsynlighedsfunktion omkring kernen. . Hvis kernen er der, så beskrives elektronen med en sandsynlighedsfunktion, og disse kalder vi for orbitaler. I denne video vil vi se på den orbital, som vi kalder 1s. Den er kugleformet og kernen er i centrum. Faktisk så har denne kugle ikke nogen veldefineret grænse. Når man tegner orbitaler, så tegner man derfor typisk kun den del af orbitalen, hvor elektronen befinder sig 90% af tiden. Der sætter man grænsen. Elektronen er altså kun indenfor dette område 90% af tiden, men sandsynlighedsfordelingen bliver faktisk tættere og tættere jo længere man kommer ind mod kernen. . Hvis det er et tværsnit, så er fordelingen tættere inde ved kernen, og den bliver mindre og mindre tæt, jo længere man kommer væk fra kernen. Det betyder, at der er en meget højere sandsynlighed for at finde elektronen i 1s orbital nær midten end længere ude. . Selvom vi tegner en streg som afgrænsning kan elektronen sagtens findes udenfor stregen. Elektronen kan faktisk findes stort set overalt, men der er bare en meget lavere sandsynlighed når man kommer langt væk fra kernen. . Vi vender tilbage til de her ideer senere i denne video. . Først vil vi nemlig lige gå tilbage til Bohr-modellen. Lad mig lige skrive det ned. Bohr model. Denne model er opkaldt efter den danske fysiker Niels Bohr, som fik en Nobelpris for sit arbejde, fordi han kom frem med banebrydende ideer, som brød med den klassiske fysik, og beskrev hvordan elektronen er bundet til kernen. Det er faktisk kun for omkring 100 år siden. Vi bevæger ind i den moderne fysik, og nogle af disse ideer kan du sikkert finde forskningsartikler om disse emner. . I Bohr modellen betragtes elektronerne faktisk lidt ligesom planeterne, som kredser om Solen. . . Denne model er faktisk ret nyttig, fordi det kan hjælpe os forstå elektronens energiniveauer. Dette er en elektron omkring atomkernen. Den bevæger sig i et kredsløb rundt om kernen. Dette er kun en tidlig for atomet, som ikke er helt rigtig, men disse baner gør det lettere at forstå. I dag ved vi, at banerne rent faktisk er orbitaler. . Orbitalerne er en sandsynlighedsfunktioner, som beskriver hvor elektronens fordeling, mens en bane er klassisk måde at beskrive bevægelsen af et objekt som man gør i klassisk mekanik. . Det gælder for planeter, som kredser om en stjerne, men ikke for elektronerne i et atom, så derfor skal vi huske at det ikke er en korrekt beskrivelse. Bohr model Men hvis du får vist denne model, tanken om energi-niveauer begynde at give mening. For eksempel, hvis jeg har noget kredser, hvis jeg har en planet kredser om en stjerne, som det. Og hvis det skulle have mere energi, måske dens bane ville blive mere elliptisk. Måske en eller anden grund jeg sætte nogle mere energi ind i dette. Jeg havde en lille raket booster på denne planet lige nu midlertidigt sætte nogle energi ind i den. Stedet for at gå denne vej, vil måske det skubbe det dette måde, og måske vil det fremskynde det en lille smule hurtigere. Og måske vil det gå noget som dette. Jeg ved ikke, jeg ikke har gjort math. Men generelt det skal have en lille smule højere kinetisk energi, så det kommer til at få en lille smule yderligere væk fra planeten. Og så måske hvis jeg raket-boostet det igen, dens stien ville se noget som dette. Dens bane vil få yderligere skubbet ud og som det tilgange planet, det rent faktisk ville opnå hurtigere hastigheder som det tilgange planeten med tyngdekraften. Og der er et par interessante ting her. Én, naturligvis, planeten eller raket, der har denne bane har mere energi. Denne ene lige her vil have mere energi end, lad os sige, denne ene herovre. Og energi, selv om vi taler i kvante verden og det er bare analogi, fordi vi kender baner ikke rigtig gælder, men energi er virkelig den samme energi som vi tale om i noget. Og energi er evnen til at arbejde eller overføre varme eller Opret varme. Så ved du, hvis du ikke laver arbejde og du har energi, du kan slags affald arbejde ved at generere varme. Vi vil tale mere om det i fremtiden videoer. Men det er den samme idé, højre? Hvis jeg havde en lille raket pakke og sætte nogle energi ind i dette, eller skubbet det en eller anden måde, jeg kan komme ind i denne højere kredsløb. Tanken om orbitaler er det samme, undtagen naturligvis de er ikke disse veldefinerede stier. At som elektroner får mere energi, og at energi kan være givet til elektron, hovedsagelig gennem lysbølger, eller elektromagnetiske bølger kan sættes ind på elektronen. Og når vi gør kvantemekanik, gør vi det mere detaljeret. Men det væsentlige, hvis du se lyset som en masse pakker, som en flok af fotoner, og en foton rammer en elektron i et visse energi tilstand, pludselig det træder en højere energi tilstand. Og måske det vil gå til dette sandsynligvis distribution thats en Shell omkring at man. Og måske hvis, efter det får ophidset – disse er de ord, du høre fysikere og kemikere sige en masse-- men ophidset bare betyder at energi blev sat i elektronen og det gik til en højere energi tilstand. Og det kan bo der eller det bare måske ønsker at gå tilbage til den lavere energi tilstand. Så når det går tilbage til den lavere energi tilstand, det ville udsender photon tilbage, og det er faktisk hvorfor du ser nogle ting glød nogle gange. Men vi vil tale mere om det i fremtiden, så godt. Men jeg virkelig ønsker at give denne intuitive punkt, fordi i resten af kemi og i en masse fysik folk taler et masse om energi stater eller electron går ind i en højere eller lavere energi tilstand, og det er bare generelt idé, er, at en elektron i et slags højere orbital har haft energi lagt i det, selv om den ønsker at komme tilbage til sin lavere orbital. Nu kunne du måske spørge, hvordan kan en elektron bo i en højere orbital? For eksempel, hvad nu hvis en elektron kun boede, hvad hvis Vi har allerede haft to elektroner i denne orbital herovre? Og vi vil tale lidt om hvordan de forskellige orbitaler få fyldt. Men jeg vil gerne give dig intuition først. Lad os sige du havde to elektroner. De er bare hele dette sted. Du kan endda udpege dem. Og så jeg var at tilføje en tredje elektron. Så man kan sige, Åh, er den laveste energi tilstand dette magenta indre kugle, der jeg bare trak. Hvorfor ville den tredje elektron gå der? Nå, min intuition, godt der er allerede to elektroner der, og selv om elektroner er tiltrukket kernen fordi kernen har alle positive afgift i det, og elektronerne har alle de negativ afgift, det er frastødt af disse to elektroner. Fordi negative, ligesom afgifter frastøde hinanden. Så vil det ønsker at holde sig væk fra disse to elektroner. Og så vil det gå til den næste energi tilstand. Det vil måske gå ind i denne skallen ud her. Og de andre interessante ting om energi stater-- og dette er nøglen til kemi, når vi begynder at tale om reaktivitet og hvordan noget kunne reagere med noget ellers, og hvorfor ønsker det - er der ting på en høj energi stat, for eksempel, hvis vi bruger orbit analogi, denne høje energi tilstand, i tilfælde af planeter de får yderligere fra det organ, at de er slags tiltrukket til, så den gravitationel kraft er svagere. Eller i tilfælde af elektroner, når de får yderligere væk fra en høj energi tilstand, coulomb kraft er svagere, right? Afgifterne vi taler om, når vi taler om elektroner og protoner, dem er coulomb kræfter. Så dette er en negativ ladning og derefter du har positive afgifter i midten. Men det bliver længere væk, tror jeg er den bedste måde at tænke over det. Og så kraften fra kernen er svagere, så de er lettere at plukke ud. De er lettere at plukke ud og måske dele med andre atomer. Eller måske for at give andre atomer, og vi vil snakke en meget om, at når vi taler om limning. Men jeg ønskede at give dig denne intuition først. Så det næste spørgsmål, der kan opstå er, Tja, så hvordan elektronerne du skal udfylde de forskellige orbitaler, og hvad orbitaler faktisk se ud? Og jeg har klippet og klistret nogle interessante grafik fra Wikipedia. Så er her orbitaler. Her er de forskellige orbitaler. Og så der er to aspekter ved af orbital. En er dens shell, dens energi shell. Og der er givet ved dette nummer her, Nielsen. Der er energi-shell. Og bare så du ved, alt slags passer sammen. Disse energi skaller svarer til perioder i periodiske system. Så en periode på periodiske system er bogstaveligt talt bare en række i den. Så er dette perioden i periodiske lige der hele vejen til helium. Der er periode en. Det er bare den første række. Og det betyder, at elementerne i denne første periode, at fylde deres elektroner første energi skallen. Så for eksempel, har brint en proton. Og alt, hvad vi gør, vi vil påtage sig neutrale atomer. Så vi kan tage--vi lært i den sidste video, som den atomnummer fortæller dig hvor mange protoner findes, højre? Dette er hvor mange protoner findes i brint. Men hvis vi antager, at det er et neutralt atom, vi kan sige, at Dette er også antallet af elektroner. Så kan vi bruge atomnummer også som en indikator for hvor mange elektroner i et neutralt atom. Så har det en elektron. Hvor går det? Nå, er det i den første periode, så det kommer til at gå i den første energi shell. Og så den første elektron vil gå lige her 1s energi shell. Så hvis vi ønskede at skrive elektron konfigurationen for brint, vi ville skrive--så brint, elektronen konfiguration, det er i den første celle, energi, på 1s. Og der er kun én elektron der. Og hvad betyder den første orbital underskal, der s-shell, se ud? Det er bare en kugle. Det er faktisk hvad jeg bare trak øverst i videoen. Det er bogstaveligt talt kun en kugle. Og hvis jeg skulle tegne et tværsnit af det, det bliver tættere i midten og så det bliver mindre tætte som du gå udenfor. Og i den sidste video jeg viste dig hvad helium, du kunne slags siger, de orbital funktion ligner. Og du så, det var virkelig mørke og tætte i midten og det fik mere sparsom og grayer og hvidere som du gik udenfor. Så hvad er heliums elektron konfiguration? Nå, i hver af disse subshells-- og jeg vil være en lidt mere specifik i sandsynligvis den næste video, fordi jeg er temmelig meget ud af tid--kan du sætte to. Jeg tror i hvert af de geometriske konfigurationer for hver underskal, du kan sætte to elektroner. Og vi vil gøre det i nogle detaljer i fremtiden. Så konfigurationen til helium. Det er i den første periode. Så er det 1s2. Så i s underskal inden for den første periode eller først energi skal, det har to elektroner der. Fascinerende. Så hvad med lithium? Lithium, lige her. Også navnet på en Evanescence sang. Jeg synes det er navnet på en Evanescence sang, fordi det er anvendes til behandling af depression, eller i det mindste tidligere har det været anvendes til behandling af depression. Så, lithium. Hvad er dens elektron konfiguration? Så den første elektron går ind 1s1. Den anden elektron går ind 1s2. Og når jeg siger først eller det andet, jeg er siger energi stater. Så den første elektron ønsker at gå ind i den laveste energi tilstand. Der er i s1. Derefter ønsker den anden elektron også at gå der. Og to elektroner kan passe ind i denne første energi stat, eller den første Sub orbital, eller den første shell. Altsaa bliver det 1s2. Derefter lithium. Det fylder det første 1s2. Det fylder den første energi shell og den første underskal, der er S-form. Og det har så nu at gå til den anden energi shell, og der fungerer i forhold til hvad jeg fortalte dig før, fordi det har i den anden periode. Den anden periode er der lige der. Ret? Det er i den anden periode. Så dens elektron konfiguration vil være 1s2. To af sine elektroner fyld bare den måde helium fyldt. Og så sin tredje elektron bliver 2s1. Så det er dens elektron konfiguration. Hvad mener jeg med 2s1? Nå, så vil lithium have to elektroner i lille prik, jeg har overskrevet det. Og derefter omkring prik, der er en anden shell, som er den anden energi shell. Og det vil have en elektron derinde. Så lad mig se, hvis jeg kan gøre. Så det vil have en sandsynlighed, jeg gætte, sfære, hvor de første to elektroner skal opholde sig. Og hvis dette er et tværsnit, at tredje elektron vil opholde sig i det i en sandsynlighed shell omkring dette. Når jeg tegner disse, det er ikke ligesom elektronen er præcis der i orbital. Jeg Drawer kun hvor du laver bare en cutoff, hvor du sige det er en 90% chance for at finde elektronen. Elektronen kunne dukke op der eller der eller der. Men dette ville være en meget lav sandsynlighed, mens lige her ville være en meget, meget stor sandsynlighed. Anyway, jeg er tør for tid i denne video. Jeg vil fortsætte denne diskussion i den næste video. Og jeg vil begynde at tale om de mere bizarro figurer de orbitaler kan tage, og måske give dig lidt intuition på hvorfor disse figurer er virkelig at bizarro.