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Aktivitätsübersicht

Der vielleicht schwierigste Teil der atomaren Struktur ist das derzeitige Verständnis, wie Elektronen außerhalb des Kerns angeordnet sind. Die Studierenden kommen im Allgemeinen mit der Idee, dass Elektronen den Kern wie Planeten um eine Sonne kreisen, in die Chemie. Obwohl diese Idee seit fast 100 Jahren als falsch bekannt ist, besteht sie aufgrund der Leichtigkeit, mit der sich die Menschen darauf beziehen können. Es ist hilfreich, eine Analogie zu verwenden, um zu verstehen, dass sich Elektronen im dreidimensionalen Raum bewegen, der durch die Erhöhung der potentiellen Energie angeordnet und durch Wahrscheinlichkeitswolken beschrieben wird.

In dieser Aktivität erstellen die Schüler eine visuelle Darstellung der Elektronenenergieniveaus . Im obigen Beispiel wird die Analogie eines Hotels mit mehreren Etagen verwendet. Die Schüler können mit dieser Analogie arbeiten oder ihre eigenen entwickeln. Dies ist eine großartige Möglichkeit, die Schüler vom Modell des unvollkommenen Sonnensystems in etwas Kompliziertes, aber Genaueres zu verwandeln.

Elektronen mit der geringsten potentiellen Energie befinden sich in der Nähe des Kerns. Wenn der Abstand zwischen dem Kern und den Elektronen zunimmt, nimmt auch die potentielle Energie zu. Wo Schüler versucht sein könnten, über "Ringe" von Elektronen zu sprechen, werden Elektronen tatsächlich in Energieniveaus und Unterebenen angeordnet. Die Unterebenen sind Mengen von Orbitalen, Raumwolken, die die 90-prozentige Wahrscheinlichkeit der Lokalisierung des Elektrons vorhersagen. Diese Wahrscheinlichkeitswolken werden mathematisch bestimmt.

Obwohl dies keine perfekte Analogie ist, kann dies mit einem Elektronenhotel verglichen werden. Die Etagen des Hotels repräsentieren die Energieniveaus, die jeweils weiter vom Erdgeschoss oder vom Kern entfernt sind. Jede Etage hätte Flügel, die untergeordnete Ebenen sind, und innerhalb der Flügel befinden sich Räume oder Orbitale. Ein Raum kann 0, 1 oder 2 Elektronen enthalten. Das Hotel würde die Räume, Flügel und Böden in der Reihenfolge zunehmender Energie bevölkern, so wie das Aufbauprinzip den Aufbau von Elektronen in Abhängigkeit von der Energie beschreibt.