Być może najtrudniejsza do zrozumienia część struktury atomowej jest obecna koncepcja, w jaki sposób elektrony są rozmieszczone poza jądrem. Może to być również najtrudniejsze do opisania lub opisania. Studenci przychodzą do chemii wygodniej z myślą o elektronach orbitujących wokół jądra, takich jak planety wokół Słońca. Chociaż ten pomysł jest znany z błędów od prawie 100 lat, to częściowo z powodu łatwości, z jaką mogą się do niego odnosić ludzie. Aby pomóc studentom zrozumieć pojęcie elektronów poruszających się w przestrzeni trójwymiarowej, rozmieszczonych przez zwiększanie energii potencjalnej i opisywanych przez chmury prawdopodobieństwa, pomocna jest analogia.
Elektrony o najmniejszym potencjale energii znajdują się w pobliżu jądra. Wraz ze wzrostem odległości między jądrem a elektronami zwiększa się także potencjalna energia. Tam, gdzie uczniowie mogą być skłonni mówić o "pierścieniach" elektronów, elektrony są rzeczywiście rozmieszczone w poziomach energetycznych i podpoziomach. Podpole to zestawy orbitali, chmury przestrzeni, które przewidują 90% szanse na zlokalizowanie elektronu . Te chmury prawdopodobieństwa są określone matematycznie.
Choć nie jest to idealna analogia, można to porównać do hotelu elektronicznego. Podłogi hotelu oznaczałyby poziom energii, każdy dalej od parteru lub jądra. Każde piętro miałoby skrzydła, które są podpoziomami, aw skrzydłach są pomieszczenia lub orbitale. Pokój może zawierać 0, 1 lub 2 elektrony. Hotel będzie zamieszkiwał pokoje, skrzydła i podłogi w celu zwiększenia energii, podobnie jak zasada Aufbau opisuje gromadzenie się elektronów w zależności od energii. Tworzenie wizualnej reprezentacji tego wyrafinowanego pomysłu pomaga studentom przejść od niedoskonałego modelu atomu Układu Słonecznego do bardziej skomplikowanego (ale dokładniejszego) modelu opartego na prawdopodobieństwie.
(Te instrukcje są w pełni konfigurowalne. Po kliknięciu „Kopiuj działanie”, zaktualizuj instrukcje na karcie Edytuj zadania.)
Utwórz wizualną reprezentację poziomów energii elektronów za pomocą analogii hotelowej. Każde piętro ma poziom energii, a parter stanowi jądro.
Uczyń abstrakcyjne koncepcje konkretnymi, używając znanych przedmiotów szkolnych do reprezentowania poziomów energii, podpoziomów i orbitali, pomagając uczniom wizualizować układ elektronów w praktyczny sposób.
Użyj kolorowych klocków, nakładanych kubków lub pudełek, aby reprezentować piętra hotelu (poziomy energii), z mniejszymi pojemnikami lub kopertami jako skrzydła i pokoje. Wyraźnie oznacz je, aby utrwalić terminologię i ułatwić uczniom śledzenie.
Niech uczniowie użyją tokenów, koralików lub karteczek samoprzylepnych jako elektronów. Niech "zameldowują się" w pokojach (pudełkach/kubkach), podążając za zasadą Aufbau, naśladując, jak elektrony wypełniają poziomy energii w atomach.
Zachęć uczniów do umieszczania "elektronów" w odpowiedniej kolejności, zaczynając od najniższego poziomu energii. Zadaj pytania przewodnie, dlaczego niektóre "pokoje" zapełniają się najpierw, aby pobudzić krytyczne myślenie.
Poprowadź uczniów, aby porównali swój model hotelowy z rzeczywistymi konfiguracjami elektronów. Podkreśl ograniczenia i zalety analogii i zachęć uczniów do refleksji, jak to praktyczne ćwiczenie pogłębiło ich zrozumienie.
Analogia hotelu elektronu porównuje ułożenie elektronów wokół jądra do pięter, skrzydeł i pokoi w hotelu: piętra reprezentują poziomy energii, skrzydła są podpoziomami, a pokoje to orbitalne. Pomaga to uczniom wizualizować, jak elektrony wypełniają poziomy energii rosnącą energią, zamiast orbitować jak planety.
Aby nauczać poziomów energii elektronów przy użyciu analogii hotelu, opisujemy każdy piętro jako inny poziom energii, skrzydła jako podpoziomy, a pokoje jako orbitalne. Uczniowie mogą tworzyć wykresy lub rysunki pokazujące wypełnianie pokoi przez elektrony w kolejności, podkreślając, że niższe piętra są bliżej jądra, a elektrony wypełniają je od najniższych poziomów.
Model układu słonecznego jest nieścisły, ponieważ elektrony nie orbitują wokół jądra po stałych ścieżkach. Zamiast tego zajmują chmury prawdopodobieństwa lub orbitalne zdefiniowane przez poziomy energii i podpoziomy, a ich lokalizacja jest opisywana matematycznie, a nie jako wyraźne, okrągłe orbity.
Zasada Aufbau mówi, że elektrony wypełniają orbitalne zaczynając od najniższego dostępnego poziomu energii, zanim przejdą do wyższych. W analogii hotelu oznacza to, że elektrony najpierw zapełniają najniższe piętra i pokoje, budując strukturę zgodnie z poziomami energii.
Uczniowie często błędnie wyobrażają sobie elektrony jako orbitujące jak planety lub mówią o "pierścieniach" zamiast poziomów energii i podpoziomów. Używanie analogii typu hotel elektronu pomaga korygować te błędne wyobrażenia, pokazując, że elektrony zajmują określone poziomy energii i orbitalne.