Зареждане

Видео транскрипция

Във видеото, в което въведохме понятието за атома, доста говорих за това, че в центъра на атома има ядро и че то е една малка част от целия обем на атома. Електронът, макар да го наричаме частица, може да се опише като размазано петно около ядрото. Въпреки че е частица, заради принципа на неопределеността на Хайзенберг не можем да кажем къде се намира тази частица и какъв е нейният импулс в даден момент. Затова е малко странно да описваме електрона като частица. Казахме още, че пътят на електрона не може да се опише, както този на орбитите като планетите около Слънцето. Не е орбита като тази, или като орбитата на Халеевата комета около Слънцето. Описва се от вероятностна функция около ядрото. Тоест тук е ядрото и около него има орбитала: 1s орбиталата. За това ще говорим в това видео. 1s орбиталата е сфера около ядрото. Всъщност сфера с доста неясна граница. Когато рисуваме орбитала, всъщност имаме предвид, че електронът може да се намира там 90% от времето. И начертаваме границата. И казваме, че електронът е вътре в сферата, около центъра. Ако това е сечението на сферата, то ще бъде много плътно в центъра и плътността му ще намалява с отдалечаването му от центъра. Това означава, че има много по-голяма вероятност електронът да се намира близо до центъра, отколкото до границата. И тази гранична точка тук е изкуствено поставена. Електронът може да е навсякъде, но е по-малко вероятно да е тук, отколкото тук. Ще се спрем по-подробно на това в останалата част на това видео. Сега искам да се върна на модела на Бор. Моделът на Бор е нещо такова. Моделът на атома на Бор. Добре е да се знае, че е на името на Нилс Бор. Той е бил един от хората на върха на науката и то не много отдавна – само преди около 100 години. Говорим за неща, за които вероятно все още могат да се намерят изследователските трудове в библиотеките. Не много отдавна хората са спорели по тия въпроси. В модела на Бор електроните са описани като планети около Слънцето. Този модел е полезен. Поне на мен ми помага. Помага ми да си представя идеята за енергетичните състояния Така, това е електронът около ядрото. Той се движи по нещо като орбита. Ние знаем вече, и искам да подчертая, това не е наистина орбита. Това тук е орбитала. Орбиталата е вероятностна функция, която ни казва къде можем да намерим електрона, докато орбита е много класически, механичен начин за описание на траекторията на класически обект, като планета около звезда. Не искам да те затрупвам с аналогии. Но ако погледнеш този модел, идеята за енергетичните нива добива смисъл. Например ако разгледаме една планета, орбитираща около звезда. Ако планетата притежава повече енергия, може би орбитата ѝ ще стане по-елипсовидна. Ако временно добавим още енергия с ракетен ускорител, вместо да мине по този път, може би ще я ускори в тази посока и планетата ще мине оттук. Не знам, не съм изчислявал. При всички случаи кинетичната енергия ще нарасне и ще се отдалечи от първоначалния път. И ако още веднъж я ускорим с ракетен ускорител, пътят ще изглежда приблизително така. Орбитата ще се отдалечи още повече. И при приближаване до звездата ще се ускорява от гравитацията. И тук е интересното: Планетата или ракетата с тази орбита има „повече енергия”... опа... Тази тук ще има по-висока енергия от да речем тази. И енергията дори в квантовия свят... и това е само аналогия, да не забравяме, че не са орбити... Но енергията е същата енергия, за която говорим винаги. Енергията е способността да се извършва работа или произвежда топлина. Ако не извършваш работа, а притежаваш енергия, все едно пропиляваш работа, като произвеждаш топлина. Ще говорим за това в следващо видео. Но идеята е същата. Ако имах една малка ракета и прибавя малко енергия тук или бутна малко, мога да достигна някак по-висока орбита. Същото е и с орбиталите, само че те не са добре дефинирани линии. Когато електроните придобият енергия – те я получават основно чрез светлинни вълни или други електромагнитни вълни. В лекциите по квантова механика ще разгледаме това по-подробно. Но ако гледаме на светлината като на сноп от фотони, ако фотон удари електрон, който се намира на определено енергетично състояние, електронът ще премине в по-високо енергетично състояние. Ще отиде може би в това вероятностно разпределение тук. Това е слой около този тук. И може би след като се „възбуди”... Ще чуваш често тази дума от физици и химици. „Възбуден” означава, че електронът е приел енергия и е преминал към по-високо енергетично състояние. Той може да остане там или да се върне обратно на по-ниското енергетично състояние. И когато се върне обратно, ще излъчи фотон. Това е причината да виждаме някои обекти като светещи. По-нататък ще говорим още за това. Искам да внеса този интуитивен усет, защото в химията и физиката много се говори за енергетични състояния, или за електрон, който преминава от по-високо на по-ниско енергетично състояние Идеята е, че електронът от по-високата орбитала е получил енергия, въпреки че иска да се върне обратно на по-ниската орбитала. Сигурно се питаш: Може ли електронът да остане на по-високата орбитала? Какво ще стане, ако електронът просто остане там? На тази орбитала вече има два електрона Сега ще поговорим за това как се запълват различните орбитали. Нека вземем за пример два електрона. Те са някъде тук. Не може да се каже къде точно. Да речем, че искам да добавя трети електрон. Сигурно мислиш, че най-ниското енергетично ниво е това. Ей тази розова сфера. Защо третият електрон не постъпи тук? Интуитивно разбирам, че тук вече има два електрона И въпреки че те се привличат от ядрото защото то е положително заредено, а електроните – отрицателно, той ще бъде отблъснат от тези два електрона, защото отрицателните заряди се отблъскват взаимно. Така че той ще иска да стои далеч от тези два електрона. И ще отиде на по-високото енергетично ниво. Може би ще отиде в този слой тук. Още нещо интересно за енергетичните състояния, което е ключът към химичната активност, или как и защо нещо реагира с друго. Обяснението е, че обектите с по-висока енергия... Ако използваме аналогията с орбитите: Когато планетите се отдалечават от тялото, което ги привлича, гравитационната сила намалява. В случая с електроните: когато те се отдалечават към по-високо енергетично ниво, кулоновите сили намаляват. Кулонови сили са електростатичните сили между електрони и протони. Това е отрицателният заряд, а тук е положителният, в центъра. Когато електроните се отдалечават повече от ядрото, силата на привличане с ядрото отслабва и те лесно се откъсват от атома. Може да се приближат към друг атом, или да преминат изцяло към друг атом. Ще говорим за това в „Химична връзка”. Но исках да ти дам първо усещането за това, което става. Следващият въпрос, който възниква, е: Как електроните запълват различните орбитали? И как изглеждат тези орбитали? Приложил съм някои интересни картинки от Уикипедия. Ето ги орбиталите. Различните орбитали. Орбиталите имат два аспекта. Първият е – енергиен слой. Означава се с този номер „n”. „n” е енергийният слой. И за да си дойде всичко на мястото, тези енергетични нива съвпадат с периодите в периодичната система. Период в периодичната система е буквално ред от системата. Това е първи период. Първи период от периодичната система. Стига чак до хелия. (He) Първият период е първият ред. Това значи, че при елементите от първи период, електроните запълват първия енергиен слой. Например атомът на водорода съдържа един протон. Подразбираме неутрален атом. Знаем от предишното видео, че поредният номер показва колко са протоните. Това е броят на протоните във водородния атом. Като приемем, че атомът е неутрален, можем да кажем, че това е и броят на електроните. Така използваме поредния номер на елемента, за да ни покаже броя на електроните в неутралния атом. Този водороден атом има един електрон. Къде се намира той? Щом е от първи период, ще отиде в първия слой. Първият електрон ще отиде точно тук. в 1s орбиталата. Ако трябва да напишем електронната конфигурация на водорода, това е просто първи енергиен слой: 1s1. И там има само един електрон. Как изглежда тази s-орбитала? Тя е сфера. Като тази, която нарисувах отгоре. Просто сфера. А сечението ще бъде по-плътно към центъра и плътността ще намалява, колкото повече отиваме навън. В предишното видео посочих как изглежда орбиталата на хелия. Видяхме, че е плътна и тъмна в средата, после става по-разредена и светла към края. Каква е електронната конфигурация на хелия? На всеки един подслой има два електрона... Ще бъда малко по-подробен в следващото видео, сега нямам време. Конфигурацията на всеки енергиен подслой започва с 2 електрона. Ще разгледаме това в бъдеще. Конфигурацията на хелия: Той е в първи период. Значи: 1s2. Значи в s-подслоя на първи период от първия енергиен слой има 2 електрона. Чудесно. Какво става при лития? Ето го тук. Литий е и име на песен на бандата Еvanescence. Мисля, че песента се казва така, защото с литий се лекува депресия, или поне в миналото се е използвал за това. Така, литий Каква е електронната му конфигурация? Първият електрон отива в 1s1. Вторият в 1s2. Като казвам първо, второ, имам предвид енергетични състояния. Първият електрон иска да отиде на най-ниското енергетично състояние s1. Вторият също иска да отиде там. Два електрона могат да се поместят на първото енергетично състояние, или на първата орбитала, или в първи слой. И става 1s2. При лития този енергиен слой 1s2 е запълнен. Запълнена е първата орбитала на първото енергийно ниво, която има сферична форма. Сега: третият електрон трябва да отиде във втори енергиен слой. Защото, както ти казах, литият е във втори период. Този период. Вторият период е ето този тук. Във втория период е. Конфигурацията на лития ще започва така 1s2. Първите два електрона ще бъдат както при хелия. Третият електрон ще бъде 2s1. Това е електронната му конфигурация. Какво имам предвид под: 2s1? Литият има два електрона в тази малка точка тук. Ей тази, която нарисувах отгоре. Около тази точка има друг слой, вторият енергиен слой. И третият електрон ще отиде там. Да видя дали ще мога да го нарисувам. Ще има една вероятностна сфера, където ще се поместят първите два електрона. Ето това е сечението, а третият електрон ще се помести на вероятностна сфера около тази. Рисувам линии, но това не значи, че електронът е точно върху орбиталата. Рисувам само границата, където има 90% шанс да има електрон. Електронът може да се появи тук или тук или тук. Но вероятността за това е много малка докато тук е много, много голяма. Времето за това видео свършва. Ще продължа в следващото с още по-странноформести орбитали и може би ще придобиеш усет защо тези форми не са толкова странни.