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.
Делайте абстрактные концепции конкретными, используя знакомые предметы из класса для представления уровней энергии, подуровней и орбиталей, помогая студентам визуализировать распределение электронов на практике.
Используйте цветные блоки, складывающиеся стаканы или коробки для представления этажей отеля (уровней энергии), с меньшими контейнерами или конвертами для крыльев и комнат. Ярко маркируйте их, чтобы закрепить терминологию и сделать легко понятным для студентов.
Пусть студенты используют жетоны, бусины или стикеры в качестве электронов. Пусть они "региструются" в комнаты (коробки/стаканы) согласно принципу Обау, имитируя заполнение уровней энергии электронами в атомах.
Задавайте студентам задавайте вопросы о последовательности размещения "электронов", начиная с самого низкого уровня энергии и вверх. Используйте направляющие вопросы, чтобы стимулировать критическое мышление о том, почему сначала заполняются определённые "комнаты".
Проведите сравнение между моделью отеля и реальными электронными конфигурациями. Подчеркните ограничения и преимущества аналогии и поощряйте студентов размышлять о том, как эта практическая деятельность углубила их понимание.
The electron hotel analogy compares electrons' arrangement around the nucleus to floors, wings, and rooms in a hotel: floors represent energy levels, wings are sublevels, and rooms are orbitals. This helps students visualize how electrons fill up energy levels based on increasing energy, instead of orbiting like planets.
To teach electron energy levels with a hotel analogy, describe each floor as a different energy level, wings as sublevels, and rooms as orbitals. Students can create charts or drawings showing electrons filling rooms in order, emphasizing that lower floors are closer to the nucleus and electrons fill from the ground up.
The solar system model is inaccurate because electrons do not orbit the nucleus in fixed paths. Instead, they occupy probability clouds or orbitals defined by energy levels and sublevels, with their locations described mathematically rather than as clear, circular orbits.
The Aufbau Principle states that electrons fill orbitals starting from the lowest available energy level before moving to higher ones. In the hotel analogy, this means electrons fill the lowest floors and rooms first, building up according to energy.
Students often incorrectly imagine electrons as orbiting like planets, or refer to 'rings' instead of energy levels and sublevels. Using analogies like the electron hotel helps correct these misconceptions by showing electrons occupy specific energy levels and orbitals.