Вероятно знаете, че всичко е направено от атоми
и че атомът е много, много, много, малка частица.
Всеки атом има ядро,
което се състои от поне една положително заредена частица,
наречена протон, а в повечето случаи,
и от редица неутрални частици, наречени неутрони.
Ядрото е заобиколено
от негативно заредени частици, наречени електрони.
Видът на атома се определя
единствено от броя протони в ядрото му.
Водородът е водород, защото има само един протон,
въглеродът е въглерод, защото има шест,
златото е злато, защото има 79,
и така нататък.
Позволете ми малко отклонение.
От къде знаем за структурата на атома?
Не можем да видим протоните, неутроните или електроните.
Затова правим куп експерименти
и разработваме модел за това, което мислим, че е там.
После правим още експерименти и виждаме дали отговарят на модела.
Ако да, супер.
Ако не отговарят, може да е време за нов модел.
Имали сме много различни модели за атомите
от Демокрит 400 г.пр.Хр. насам
и със сигурност предстоят още много.
Добре, край на отклонението.
Ядрата на атомите обикновено стоят заедно,
но електроните са свободни да се движат, затова ние химиците обичаме електроните.
Ако можехме да се оженим за тях, вероятно щяхме да го направим.
Но електроните са странни.
Те изглежда се държат или като частици, като малки топки за бейзбол,
или като вълни, като водни вълни,
в зависимост от какъв експеримент извършваме.
Едно от най-странните неща около електроните е,
че не можем да кажем точно къде са.
Не че нямаме оборудването,
а понеже тази несигурност е част от модела ни за електрона.
Значи не можем да ги заковем, добре.
Но можем да кажем, че има известна вероятност
да намерим електрон на дадено място около ядрото.
А това значи, че можем да зададем следния въпрос:
Ако нарисуваме очертание около ядрото, което да ни дава 95% сигурност,
че ще намерим даден електрон в това очертание,
как би изглеждало то?
Ето някои от тези очертания.
Химиците ги наричат орбитали.
Как изглежда всяка от тях зависи от различни неща,
едно от които е това колко енергия има тя.
Колкото повече енергия има една орбитала,
толкова по-далече от ядрото е по-голямата част от плътността ѝ.
Между другото, защо казахме 95%, а не 100%?
Това е още една чудатост на нашия модел за електрона.
Отвъд определено разстояние от ядрото, вероятността да намерим електрон
започва да намалява горе долу експоненциално,
което значи, че докато клони към нула, тя никога не е точно нула.
Затова във всеки атом, съществува малка,
но не нулева, вероятност,
че за много много кратък период от време един от електроните му
е на другия край на познатата Вселена.
Но най-често електроните стоят близо до ядрото си
като облаци с негативно заредена плътност, които се менят и местят с времето.
Как електрони от един атом взаимодействат с електрони от друг
определя почти всичко.
Атомите могат да отдават своите електрони, предавайки ги на други атоми,
или могат да споделят електрони.
Динамиката на тази социална мрежа е това, което прави химията интересна.
От обикновените стари камъни, до красивата сложност на живота,
природата на всичко, което виждаме, чуваме, помирисваме, усещаме, докосваме,
се определя на атомно ниво.