La partie la plus difficile à comprendre de la structure atomique est peut-être la compréhension actuelle de la façon dont les électrons sont disposés en dehors du noyau. En chimie, les étudiants sont généralement à l’aise avec l’idée que des électrons gravitent autour du noyau comme des planètes autour du soleil. Bien que cette idée soit connue pour être incorrecte depuis près de 100 ans, elle persiste en raison de la facilité avec laquelle les gens peuvent la comprendre. Il est utile d'utiliser une analogie pour aider les élèves à comprendre que les électrons se déplacent dans un espace tridimensionnel, organisés en augmentant l'énergie potentielle et décrits par des nuages de probabilité.
Dans cette activité, les élèves créeront une représentation visuelle des niveaux d'énergie des électrons . L'exemple ci-dessus utilise l'analogie d'un hôtel à plusieurs étages. Les étudiants peuvent travailler avec cette analogie ou proposer la leur. C'est un excellent moyen de faire passer les étudiants du modèle du système solaire imparfait à quelque chose de compliqué mais de plus précis.
Les électrons avec le moins d'énergie potentielle se trouvent près du noyau. À mesure que la distance entre le noyau et les électrons augmente, l'énergie potentielle augmente également. Là où les élèves pourraient être tentés de parler d’anneaux d’électrons, ceux-ci sont en fait disposés en niveaux d’énergie et en sous- niveaux . Les sous- niveaux sont des ensembles d'orbitales, des nuages d'espace qui prédisent les 90% de chances de localiser l'électron. Ces nuages de probabilité sont déterminés mathématiquement.
Bien que ce ne soit pas une analogie parfaite, cela peut être comparé à un hôtel électronique. Les étages de l'hôtel représenteraient des niveaux d'énergie, chacun plus éloigné du rez-de-chaussée ou du noyau. Chaque étage aurait des ailes qui sont des sous-niveaux et à l'intérieur des ailes se trouvaient des chambres ou des orbitales. Une pièce peut contenir 0, 1 ou 2 électrons. L’hôtel peuplerait les chambres, les ailes et les étages par ordre croissant d’énergie, comme le principe d’Aufbau décrit l’accumulation d’électrons en fonction de l’énergie.
(Ces instructions sont entièrement personnalisables. Après avoir cliqué sur "Copier l'activité", mettez à jour les instructions dans l'onglet Modifier du devoir.)
Créez une représentation visuelle des niveaux d'énergie des électrons à l'aide d'une analogie avec un hôtel. Chaque étage correspond à un niveau d'énergie, le rez-de-chaussée constituant le noyau.