Возможно, самая трудная часть понимания атомной структуры - это текущее понимание того, как электроны расположены вне ядра. Студенты, как правило, приходят к химии, знакомой с идеей об электронах, вращающихся вокруг ядра как планеты вокруг Солнца. Хотя эта идея, как известно, неверна в течение почти 100 лет, она сохраняется из-за легкости, с которой люди могут относиться к ней. Полезно использовать аналогию, чтобы помочь студентам понять, что электроны движутся в трехмерном пространстве, упорядоченном по возрастанию потенциальной энергии и описанном облаками вероятности.
В этом упражнении студенты будут создавать визуальное представление об уровнях энергии электронов . В приведенном выше примере используется аналогия отеля с несколькими этажами. Студенты могут работать по этой аналогии или придумать свою. Это отличный способ отвлечь студентов от несовершенной модели солнечной системы в нечто сложное, но более точное.
Электроны с наименьшей потенциальной энергией находятся вблизи ядра. По мере увеличения расстояния между ядром и электронами потенциальная энергия также увеличивается. Там, где у студентов может возникнуть соблазн говорить о «кольцах» электронов, электроны фактически располагаются на энергетических уровнях и подуровнях. Подуровни - это наборы орбиталей, облаков пространства, которые предсказывают 90% -ную вероятность обнаружения электрона. Эти вероятностные облака определяются математически.
Хотя это и не идеальная аналогия, это можно сравнить с электронным отелем. Этажи отеля будут представлять уровни энергии, каждый дальше от первого этажа, или ядра. У каждого этажа были бы крылья, которые являются подуровнями, и в крыльях есть комнаты, или орбитали. Комната может содержать 0, 1 или 2 электрона. Отель будет заполнять комнаты, крылья и полы в порядке увеличения энергии, так же как принцип Ауфбау описывает накопление электронов в соответствии с энергией.
(Эти инструкции полностью настраиваемы. После нажатия «Копировать действие» обновите инструкции на вкладке «Редактировать» задания.)
Создайте визуальное представление уровней энергии электронов, используя аналогию с отелем. Каждый этаж - это уровень энергии, а первый этаж является ядром.