Wszystko składa się z atomów,
bardzo, bardzo małych cząsteczek.
Każdy atom ma jądro,
składające się przynajmniej z jednej
pozytywnie naładowanej cząstki,
nazywanej protonem,
i zazwyczaj z pewnej ilości
neutralnych cząstek - neutronów.
Jądro atomu jest otoczone
negatywnie naładowanymi elektronami.
Każdy atom jest określany
wyłącznie przez liczbę protonów w jądrze.
Wodór jest wodorem, bo ma tylko 1 proton,
węgiel węglem, bo ma 6 protonów,
a złoto jest złotem, bo ma ich 79.
I tak dalej.
Zastanówmy się przez chwilę.
Skąd wiemy o strukturze atomu?
Nie widać przecież protonów, neutronów i elektronów.
W licznych eksperymentach
kształtujemy wyobrażony model.
W kolejnych eksperymentach sprawdzamy,
czy pasują do tego modelu.
Jeśli tak, to wspaniale.
Jeśli nie, może pora na nowy model.
Tworzyliśmy już wiele takich modeli
od czasów Demokryta 400 lat p.n. e.,
a z pewnością powstanie wiele kolejnych.
Wróćmy do tematu.
Jądra atomu raczej trzymają się razem,
a elektrony mogą się swobodnie poruszać.
Dlatego chemicy tak je kochają.
Pewnie braliby z nimi ślub, gdyby mogli.
Ale elektrony są też dziwne.
Zachowują się zarówno jak cząsteczki,
niczym małe piłeczki,
oraz jak fale, niczym fale na wodzie.
Zależy to od rodzaju eksperymentu.
Najdziwniejsze jest to,
że nie wiemy, gdzie one właściwie są.
Nie to, że nie mamy odpowiednich urządzeń.
Ta niepewność
jest częścią naszego modelu elektronu.
Nie możemy ich złapać, OK.
Ale jest pewne prawdopodobieństwo,
że znajdziemy elektron
w określonej przestrzeni wokół jądra.
Możemy zadać więc pytanie:
jeśli narysujemy kształt wokół jądra
i będziemy na 95% pewni,
że jest tam elektron,
to jak będzie ten kształt wyglądać?
Oto kilka takich kształtów.
Chemicy nazywają je orbitalami.
Kształt każdego orbitala
zależy między innymi
od ilości posiadanej energii.
Im więcej energii na orbitalu,
tym dalej rozciąga się
od jądra atomu.
Przy okazji, czemu 95%,
a nie 100%?
To kolejne dziwactwo
w naszym modelu elektronu.
W pewnej odległości od jądra
prawdopodobieństwo znalezienia elektronu
zaczyna się zmniejszać wykładniczo.
To znaczy, zbliżając się do zera,
tak naprawdę nigdy go nie osiągnie.
W każdym atomie
jest niewielka, ale nie zerowa szansa,
że przez bardzo krótki czas
jeden z elektronów
jest na drugim końcu znanego wszechświata.
Ale zazwyczaj trzymają się blisko jądra,
jako negatywnie naładowane chmury,
które zmieniają się i poruszają w czasie.
To, jak elektrony z jednego atomu
oddziałują na elektrony innego,
określa niemal wszystko.
Atomy mogą odrzucać elektrony,
oddając je innym atomom,
albo mogą się nimi dzielić.
Przez dynamikę tej współpracy
chemia jest interesująca.
Od prostych, starych skał
po piękną złożoność życia,
cała natura postrzegana wzrokiem,
słuchem, węchem, smakiem, dotykiem
czy nawet uczuciami,
jest określona na poziomie atomowym.