Comment construire un modèle d'un atome de calcium

L'atome est la plus petite unité de matière qui conserve les propriétés d'un tout plus grand. Il n'est pas indivisible, mais des morceaux d'atomes, en particulier les "morceaux" de composants nucléaires appelés quarks, ne sont vraiment bons que pour fabriquer des atomes. Différents types d'atomes sont appelés éléments, dont près de 120 (92 d'entre eux naturels) sont connus.

La plupart des matières sont constituées de plusieurs types d'atomes, arrangés en groupes de deux ou plus et ayant des formules spécifiques; deux atomes ou plus liés chimiquement ensemble forment une molécule. Par exemple, une molécule d'eau a la formule H₂O, ce qui signifie qu'il est composé des éléments hydrogène (H) et oxygène (O) dans un rapport atomique ou molaire de 2 à 1.

Calcium est un élément bien connu, essentiel à la bonne santé des os et à d'autres fonctions du corps humain. L'atome de calcium n'est ni un petit ni un atome particulièrement encombrant, ce qui en fait un bon candidat pour construire un projet de modèle d'atome en trois dimensions pour illustrer les points saillants de ce structure.

Les atomes sont constitués d'un nombre égal de protons et électrons dans leur état de base (non ionisé), au nombre de 1 à 118 à partir de 2020. Le nombre de protons, le numéro atomique, définit l'élément. Tous les éléments, à l'exception de l'hydrogène, ont également un ou plusieurs neutrons; les protons et les neutrons ont à peu près la même masse (de l'ordre de 10⁻²⁷kg), tandis que les électrons sont presque 2 000 fois plus petits.

Le nombre de protons et de neutrons est à peu près égal, bien que lorsque vous vous déplacez vers le haut dans le tableau périodique des éléments, les neutrons commencent à être visiblement plus nombreux que les protons dans la plupart des atomes. Les variantes d'éléments qui ne diffèrent que par le nombre de neutrons sont appelées isotopes.

Les électrons chargés négativement occupent des espaces éloignés, très éloignés du proton, au moins à l'échelle d'un atome, qui n'est que d'environ 1 × 10⁻¹⁰ m à travers. Ceux-ci se trouvent dans niveaux d'énergie ou coquilles, qui pour de nombreux atomes comprennent sous-shells. Les sous-shells contiennent à leur tour orbitales, chacun pouvant contenir jusqu'à deux électrons.

Chaque rangée du tableau périodique représente une coquille, le nombre d'électrons qu'une coquille peut contenir étant de deux, huit, huit et 18 dans les quatre premières rangées du tableau périodique.

Vous pouvez voir dans le tableau périodique que le calcium a un numéro atomique de 20 et un masse atomique de 40,78 daltons. Cela signifie que l'isotope le plus stable de l'élément a 20 neutrons (40 - 20). Vous pouvez choisir des boules vertes pour représenter des protons et des boules oranges de taille similaire pour représenter des neutrons, et des boules ou billes jaunes plus petites pour représenter des électrons.

Vous pouvez organiser vos "protons" et "neutrons" dans un noyau en forme de boule, peut-être en les collant ensemble, puis décider comment organiser vos électrons.

Dans le tableau, vous voyez que le calcium a deux électrons dans la première couche (tous deux dans ce qu'on appelle la sous-couche 1s), huit dans la deuxième couche (2 dans le sous-shell 2s, 6 dans le sous-shell 2p), huit dans le troisième shell (2 dans le sous-shell 3s, 3 dans le sous-shell 3p) et deux dans le quatrième coquille. Ce sont la valence du calcium, ou les électrons chimiquement réactifs.

Consultez différentes références en ligne pour voir comment les sous-couches d'électrons sont représentées dans l'espace 3D. Vous pouvez dessiner un diagramme d'atomes de calcium pour accompagner votre modèle, afin de couvrir toute information que vous pourriez trouver difficile à présenter visuellement.

Un modèle d'atome de néon pourrait familiariser les téléspectateurs avec le concept de gaz rares et de coquilles de valence complète, par exemple exemple, ou un modèle d'atome de sodium pourrait servir de métal simple représentatif qui se lie aux halogènes tels que chlore.