The uncertain location of electrons - George Zaidan and Charles Morton

המיקום הלא בטוח של האלקטרונים - ג'ורג' זאידן וצ'ארלס מורטון

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Sigal Tifferet

You probably know that all stuff is made up of atoms

אתם כנראה יודעים שכל החומר עשוי מאטומים

and that an atom

ושאטומים

is a really, really, really, really tiny particle.

הם חלקיקים ממש, ממש, ממש, ממש זעירים.

Every atom has a core,

לכל אטום יש חלק מרכזי

which is made up of at least one

שעשוי מלפחות

positively charged particle

חלקיק אחד טעון חיובי

called a proton,

שנקרא פרוטון,

and in most cases,

וברוב המקרים,

some number of neutral particles called neutrons.

מספר כלשהו של חלקיקים עם מטען ניטרלי שנקראים ניוטרונים.

That core is surrounded

הגלעין הזה מוקף

by negatively charged particles called electrons.

בחלקיקים טעונים שלילית שנקראים אלקטרונים.

The identity of an atom is determined

הזהות של האטום נקבעת

only by the number of protons in its nucleus.

רק לפי מספר הפרוטונים בגלעין שלו.

Hydrogen is hydrogen because it has just one proton,

מימן הוא מימן מפני שיש לו רק פרוטון אחד,

carbon is carbon because it has six,

פחמן הוא פחמן מפני שיש לו שישה,

gold is gold because it has 79,

זהב הוא זהב מפני שיש לו 79,

and so on.

וכך הלאה.

Indulge me in a momentary tangent.

תנו לי לסטות לרגע מהנושא.

How do we know about atomic structure?

איך אנחנו יודעים מהו מבנה האטום?

We can't see protons, neutrons, or electrons.

אנחנו לא יכולים לראות פרוטונים, ניוטרונים או אלקטרונים.

So, we do a bunch of experiments

אז אנחנו עושים כמה ניסויים

and develop a model for what we think is there.

ומפתחים מודל למה שאנחנו חושבים שיש שם.

Then we do some more experiments

אז אנחנו עושים עוד ניסויים

and see if they agree with the model.

ורואים אם הם מתאימים למודל.

If they do, great.

אם הם מתאימים, מעולה.

If they don't, it might be time for a new model.

אם לא, זה אולי זמן טוב לפתח מודל חדש.

We've had lots of very different models for atoms

היו לנו הרבה מודלים שונים של האטום

since Democritus in 400 BC,

מאז דמוקריטוס ב 400 לפני הספירה,

and there will almost certainly

ורוב הסיכויים שיהיו

עוד הרבה שיגיעו.

be many more to come.

Okay, tangent over.

אוקיי, נחזור לנושא.

The cores of atoms tend to stick together,

גלעיני האטומים נוטים להיצמד,

but electrons are free to move,

אבל אלקטרונים חופשיים לנוע,

and this is why chemists love electrons.

ולכן כימאים אוהבים אלקטרונים.

If we could marry them,

אם היינו יכולים להתחתן איתם,

we probably would.

כנראה היינו עושים את זה.

But electrons are weird.

אבל אלקטרונים הם מוזרים.

They appear to behave either as particles,

נראה שהם מתנהגים או כחלקיקים,

like little baseballs,

כמו כדורים זעירים,

or as waves, like water waves,

או כמו גלים במים,

depending on the experiment that we perform.

תלוי בניסוי שאנחנו עורכים.

One of the weirdest things about electrons

אחד הדברים הכי מוזרים בנוגע לאלקטרונים

is that we can't exactly say where they are.

הוא שאנחנו לא יכולים להגיד בדיוק איפה הם.

It's not that we don't have the equipment,

זה לא שאין לנו את המכשור,

it's that this uncertainty

אלא שחוסר הוודאות

is part of our model of the electron.

הוא חלק מהמודל של האלקטרון.

So, we can't pinpoint them, fine.

אז אנחנו לא יכולים למקם אותם, בסדר.

But we can say there's a certain probability

אבל אנחנו יכולים להגיד שיש סבירות מסויימת

of finding an electron in a given space

למצוא אלקטרון באיזור נתון

around the nucleus.

סביב הגלעין.

And that means that we can ask the following question:

וזה אומר שאנחנו יכולים לשאול את השאלה הבאה:

If we drew a shape around the nucleus

אם היינו מציירים צורה סביב הגלעין

such that we would be 95% sure

כך שהיינו בטוחים ב95%

of finding a given electron within that shape,

שנמצא אלקטרון נתון בתוך הצורה,

what would it look like?

איך היא היתה נראית?

Here are a few of these shapes.

הנה כמה מהצורות.

Chemists call them orbitals,

הכימאים קוראים להן אורביטלים,

and what each one looks like

ואיך כל אחד מהם נראה

depends on, among other things,

תלוי, בין השאר,

how much energy it has.

בכמה אנרגיה יש לו.

The more energy an orbital has,

ככל שיש לאורביטל יותר אנרגיה,

the farther most of its density is

הצפיפות שלו רחוקה יותר

from the nucleus.

מהגלעין.

By they way, why did we pick 95%

דרך אגב, למה בחרנו ב 95%

and not 100%?

ולא 100%?

Well, that's another quirk

ובכן, זו תופעה מוזרה נוספת

of our model of the electron.

של מודל האלקטרון שלנו.

Past a certain distance from the nucleus,

מעבר למרחק מסויים מהגלעין,

the probability of finding an electron

ההסתברות של מציאת אלקטרון

starts to decrease

מתחילה לקטון

more or less exponentially,

פחות או יותר אקספוננציאלית,

which means that while it will approach zero,

מה שאומר שבעוד היא מתקרבת לאפס,

it'll never actually hit zero.

היא לעולם לא תגיע לאפס.

So, in every atom,

אז בכל אטום,

there is some small, but non-zero, probability

יש הסתברות קטנה, אבל לא אפסית,

that for a very, very short period of time,

שלתקופה ממש ממש קצרה,

one of its electrons

אחד האלקטרונים

is at the other end of the known universe.

הוא בקצה האחר של היקום הידוע.

But mostly electrons stay close to their nucleus

אבל לרוב, האלקטרונים נשארים קרוב לגלעין שלהם

as clouds of negative charged density

כעננים של דחיסות טעונה שלילית

that shift and move with time.

שנעים וזזים עם הזמן.

How electrons from one atom

איך אלקטרונים מאטום אחד

interact with electrons from another

פועלים עם אלקטרונים מאטום אחר

determines almost everything.

קובע כמעט הכל.

Atoms can give up their electrons,

אטומים יכולים לוותר על האלקטרונים שלהם,

surrendering them to other atoms,

לתת אותם לאטומים אחרים,

or they can share electrons.

או שהם יכולים לחלוק אלקטרונים.

And the dynamics of this social network

והדינמיקה של הרשת החברתית הזו

are what make chemistry interesting.

היא שעושה את הכימיה למעניינת.

From plain old rocks

מאבנים פשוטות

to the beautiful complexity of life,

ליופי המורכב של החיים,

the nature of everything we see,

הטבע של כל מה שאנחנו רואים,

hear,

שומעים,

smell, taste, touch, and even feel

טועמים,

מריחים,

נוגעים,

ואפילו מרגישים

is determined at the atomic level.

נקבע ברמה האטומית.