The uncertain location of electrons - George Zaidan and Charles Morton

Неопределённое положение электронов — Джордж Зайдан и Чарльз Мортон

Переводчик: Tatiana Nikolaeva Редактор: Anna Usanina

You probably know that all stuff is made up of atoms

Вы, наверное, знаете, что всё сделано из атомов

and that an atom

и что атом —

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

это очень, очень, очень маленькая частица.

Every atom has a core,

У каждого атома есть ядро,

which is made up of at least one

которое состоит из как минимум одной

positively charged particle

положительно заряженной частицы,

called a proton,

называемой протоном,

and in most cases,

и, как правило,

some number of neutral particles called neutrons.

нескольких нейтральных частиц, нейтронов.

That core is surrounded

Это ядро окружено

by negatively charged particles called electrons.

негативно заряженными частицами, электронами.

The identity of an atom is determined

Химический элемент определяют

only by the number of protons in its nucleus.

только по количеству протонов в ядре.

Hydrogen is hydrogen because it has just one proton,

Водород опознают, потому что у него один протон,

carbon is carbon because it has six,

у углерода их шесть,

gold is gold because it has 79,

у золота — 79,

and so on.

и так далее.

Indulge me in a momentary tangent.

Позвольте мне ненадолго отклониться от темы.

How do we know about atomic structure?

Откуда мы знаем о структуре атома?

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

Мы не можем увидеть протоны, нейтроны и электроны.

So, we do a bunch of experiments

Поэтому мы проводим ряд экспериментов

and develop a model for what we think is there.

и создаём модель по нашим представлениям.

Then we do some more experiments

Потом мы проводим ещё ряд экспериментов

and see if they agree with the model.

и проверяем, подтверждают ли они нашу модель.

If they do, great.

Если да, то это замечательно.

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

Если нет — может, пришло время для новой модели.

We've had lots of very different models for atoms

Со времён Демокрита, 400 года до нашей эры,

since Democritus in 400 BC,

мы создали множество очень разных моделей атомов,

and there will almost certainly

и в будущем их точно

будет ещё больше.

be many more to come.

Okay, tangent over.

Итак, вернёмся к теме урока.

The cores of atoms tend to stick together,

Ядра атомов имеют обыкновение сцепляться,

but electrons are free to move,

а электроны свободны в своём движении,

and this is why chemists love electrons.

поэтому химики так любят электроны.

If we could marry them,

Если бы мы могли соединить их,

we probably would.

то, наверняка, бы попробовали.

But electrons are weird.

Но электроны — странные частицы.

They appear to behave either as particles,

Они ведут себя то как частицы,

like little baseballs,

как маленькие мячики,

or as waves, like water waves,

то как волны, волны на воде,

depending on the experiment that we perform.

в зависимости от эксперимента, который мы проводим.

One of the weirdest things about electrons

Одна из самых больших странностей электронов —

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

это то, что мы не можем точно определить, где они.

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

Проблема не в отсутствии нужного оборудования,

it's that this uncertainty

а в том, что эта неопределённость —

is part of our model of the electron.

часть нашей модели электрона.

So, we can't pinpoint them, fine.

Итак, мы не можем точно определить их положение.

But we can say there's a certain probability

Но мы можем с определённой долей вероятности утверждать,

of finding an electron in a given space

что найдём электрон в данном месте

around the nucleus.

в окрестности ядра.

And that means that we can ask the following question:

То есть мы можем задать следующий вопрос:

If we drew a shape around the nucleus

если нарисовать форму вокруг ядра,

such that we would be 95% sure

такую, что с вероятностью 95%

of finding a given electron within that shape,

мы найдём электрон внутри этой формы,

what would it look like?

то как она будет выглядеть?

Here are a few of these shapes.

Вот несколько таких форм.

Chemists call them orbitals,

Химики называют их орбиталями,

and what each one looks like

и внешний вид каждой из них

depends on, among other things,

зависит, помимо прочего,

how much energy it has.

от того, сколько в них энергии.

The more energy an orbital has,

Чем больше у орбитали энергии,

the farther most of its density is

тем дальше большая часть его плотности

from the nucleus.

от ядра.

By they way, why did we pick 95%

Кстати, почему мы взяли 95%,

and not 100%?

а не 100%?

Well, that's another quirk

Это ещё одна причуда

of our model of the electron.

нашей модели электрона.

Past a certain distance from the nucleus,

На определённом расстоянии от ядра

the probability of finding an electron

вероятность найти электрон

starts to decrease

начинает уменьшаться

more or less exponentially,

почти экспоненциально,

which means that while it will approach zero,

то есть она будет приближаться к нулю,

it'll never actually hit zero.

но никогда его не достигнет.

So, in every atom,

Итак, в каждом атоме

there is some small, but non-zero, probability

есть очень маленькая, но не нулевая, вероятность,

that for a very, very short period of time,

что на очень, очень короткий промежуток времени

one of its electrons

один из его электронов

is at the other end of the known universe.

находится на другом конце известной нам области.

But mostly electrons stay close to their nucleus

Но, как правило, электроны остаются на близком расстоянии к ядру,

as clouds of negative charged density

как облака отрицательно заряженной плотности,

that shift and move with time.

которые перемещаются со временем.

How electrons from one atom

То, как электроны одного атома

interact with electrons from another

взаимодействуют с электронами другого,

determines almost everything.

определяет почти всё в мире.

Atoms can give up their electrons,

Атомы могут отказываться от своих электронов,

surrendering them to other atoms,

отдавая их другим атомам,

or they can share electrons.

или могут пользоваться электронами вместе.

And the dynamics of this social network

Динамика этой социальной сети —

are what make chemistry interesting.

самое интересное в химии.

From plain old rocks

Начиная с обычных старых камней

to the beautiful complexity of life,

и заканчивая великолепной сложностью жизни,

the nature of everything we see,

природа всего, что мы видим,

hear,

слышим,

smell, taste, touch, and even feel

обоняем,

пробуем на вкус,

трогаем

и даже чувствуем,

is determined at the atomic level.

определяется на уровне атома.