L'elettrone Hotel

Forse la parte più difficile da comprendere della struttura atomica è l'attuale comprensione di come gli elettroni sono disposti al di fuori del nucleo. Gli studenti vengono generalmente alla chimica a proprio agio con l'idea di elettroni che orbitano attorno al nucleo come pianeti attorno a un sole. Sebbene questa idea sia nota per essere errata da quasi 100 anni, persiste a causa della facilità con cui le persone possono relazionarsi con essa. È utile usare un'analogia per aiutare gli studenti a capire che gli elettroni si muovono nello spazio tridimensionale, disposti aumentando l'energia potenziale e descritti da nuvole di probabilità.

In questa attività, gli studenti creeranno una rappresentazione visiva dei livelli di energia degli elettroni . L'esempio fornito sopra utilizza l'analogia di un hotel a più piani. Gli studenti possono lavorare con questa analogia o inventare la propria. Questo è un ottimo modo per spostare gli studenti lontano dal modello di sistema solare imperfetto in qualcosa di complicato ma più preciso.

Gli elettroni con la minima energia potenziale si trovano vicino al nucleo. All'aumentare della distanza tra il nucleo e gli elettroni, aumenta anche l'energia potenziale. Laddove gli studenti potrebbero essere tentati di parlare di "anelli" di elettroni, gli elettroni sono effettivamente disposti in livelli di energia e livelli secondari. I livelli secondari sono insiemi di orbitali, nuvole di spazio che prevedono la probabilità del 90% di localizzare l'elettrone. Queste nuvole di probabilità sono determinate matematicamente.

Sebbene non sia un'analogia perfetta, questa può essere paragonata a un hotel di elettroni. I piani dell'hotel rappresenterebbero i livelli di energia, ognuno più lontano dal piano terra, o nucleo. Ogni piano avrebbe ali che sono sottolivelli e all'interno delle ali ci sono stanze o orbitali. Una stanza può contenere 0, 1 o 2 elettroni. L'hotel popolerebbe le stanze, le ali e i piani in ordine crescente di energia, proprio come il principio di Aufbau descrive l'accumulo di elettroni in base all'energia.