Das Element Natrium steht in der Alkalimetallgruppe des Periodensystems. Es umfasst etwa 2,8 Prozent der Erdkruste. Im Aussehen ist Natrium ein weiches silbrig-weißes Metall. Seine Atomformel ist Na. Das Erstellen eines 3D-Modells des Natriumatoms bietet eine interaktive praktische Erfahrung, die sowohl aufschlussreich als auch informativ ist.
Dreidimensionale Modelle sind visualisierte Nachbildungen der atomaren Struktur eines Elements. Sie basieren auf dem Bohrschen Atommodell. Der dänische Physiker Niels Bohr (1885-1962) war der erste, der die planetarische Modelldarstellung des Atoms konzeptualisierte. Das Bohr-Modell unterteilt das Atom im Wesentlichen in eine Elektronenwolke und einen Kern. Der Kern enthält die Protonen und Neutronen. In der Elektronenwolke sind die Elektronen zu finden. Elektronen umkreisen den Atomkern in stabilen Bahnen oder Schalen. Obwohl das Bohr-Modell im Laufe der Jahre zahlreiche Modifikationen erfahren hat, werden seine zugrunde liegenden Prinzipien immer noch verwendet, wenn die Grundlagen der Atomstruktur gelehrt werden. Aus diesem Grund wird das Bohr-Modell verwendet, um zu veranschaulichen, wie man ein 3D-Modell des Natriumatoms entwickelt.
Stellen Sie die benötigten Materialien zusammen. Dazu gehören kunsthandwerkliche Wattebällchen in verschiedenen Farbtönen, um die Elektronen, Protonen und Neutronen darzustellen. Protonen und Neutronen sind gleich groß, während Elektronen kleiner sind als Protonen und Neutronen. Wählen Sie daher Wattebällchen in geeigneter Größe, um diese Größenunterschiede zu simulieren. Die „Schalen“ der Elektronenwolke können mit einer Schere aus Karton oder dickem Plakatkarton geschnitten werden. Stellen Sie außerdem sicher, dass Sie eine Schnur zur Hand haben. Verwenden Sie eine Schnur, um die Elektronenschalen in konzentrischen Kreisen zu binden, um Umlaufbahnen um den Kern zu simulieren. Kleber befestigt die Bastelwattebällchen an den entsprechenden Regionen.
Suchen Sie Natrium im Periodensystem, um seine Ordnungszahl zu bestimmen. Die Ordnungszahl eines Elements gibt Aufschluss über die Anzahl der Protonen und die Anzahl der Elektronen, die es hat. Denken Sie daran, dass ein stabiles, neutrales Atom die gleiche Anzahl von Elektronen wie Protonen hat. Folglich zeigt die Ordnungszahl von Natrium von 11 an, dass es eine gleiche Anzahl von 11 Protonen und 11 Elektronen hat.
Finden Sie die Anzahl der Neutronen, die Natrium hat, indem Sie zuerst sein Atomgewicht im Periodensystem betrachten. Natrium hat ein Atomgewicht von etwa 23. Das heißt, sein Kern hat 12 Neutronen, da 23 minus 11 Protonen 12 Neutronen entsprechen. Nachdem Sie nun die Anzahl der Protonen und Neutronen bestimmt haben, wählen Sie einen Kern aus 11 gelben Protonen und 12 grünen Neutronen, wie auf dem Foto dargestellt.
Stelle die Elektronenhüllen her, die den Kern des Natriumatoms umgeben. In der Chemie und Atomphysik entsprechen Elektronenhüllen den Hauptenergieniveaus, auf denen Elektronen um den Atomkern kreisen. Außerdem ist jede dieser Schalen mit einer festen Anzahl von Elektronen besetzt. Als Faustregel gilt, dass die n-te Schale bis zu 2 (n-Quadrat) Elektronen aufnehmen kann. Somit enthält die erste Schale, die innerste Schale, maximal zwei Elektronen. Als nächstes hält die zweite Schale maximal acht Elektronen. Darauf folgt die dritte Schale, die maximal 18 Elektronen fasst. Da Natrium 11 Elektronen hat, wird seine erste Schale vollständig von zwei Elektronen besetzt. Danach wird seine zweite Schale vollständig von acht Elektronen besetzt, sodass seine dritte Schale mit nur einem Elektron verbleibt, wie in der Abbildung gezeigt.