專利名稱：三維圓錐塔元素周期教具的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于化學教學領域，涉及一種化學教學中的元素周期教具，尤 其涉及一種三維圓錐塔元素周期教具。
背景技術：
元素周期律能集中反映各元素之間的內(nèi)在聯(lián)系和遞變規(guī)律，直觀地表達元 素的部分性質(zhì)，是化學工作者進行科學工作的指南，又是幫助學生涉入化學世 界的重要工具。然而，作為元素周期律的表達，則始終未能達到完美的程度。
元素周期表從它誕生起，就一直處于不斷的變化之中。19世紀60年代，俄國 化學家門捷列夫提出元素的化學性質(zhì)隨原子的遞增呈周期性變化的元素周期 律，并于1869年發(fā)表了第一張元素周期表。1871年，他對自己的周期表作了 適當?shù)恼{(diào)整。1898年，克魯克斯又確定了惰性氣體的位置。1913年，莫斯萊 按原子序數(shù)確定周期表，進一步確定了氫和鉀的位置，鈷與鎳、碲與碘的位置 互換。1922年，波爾提出用原子外層電子決定周期表，引入過渡金屬的概念， 同時確定鑭系元素的位置。1964年以來，各國科學家對未知元素的存在和性 質(zhì)進行大膽的預測，又成功地合成了許多新元素，這些元素的發(fā)現(xiàn)既得益于元 素周期表，又豐富和發(fā)展了元素周期表。
隨著科學的發(fā)展及認識的不斷深化，人們研制出了多種類型的平面元素 周期表。目前最通用的平面元素周期表(長式周期表)，雖然整齊、易讀，但 是將內(nèi)過渡元素單獨列出，使周期表失去了整體連貫性，且對周期律的界限 問題缺乏說明，對其它內(nèi)容，諸如對角線規(guī)則、同族元素由上到下原子半 徑增大等缺乏直觀描述。在化學教學中，物質(zhì)結(jié)構、元素周期律及其化合物 的性質(zhì)是教學的難點，教師都采用平面周期表，對某些內(nèi)容講起來比較抽象， 不容易引起學生的興趣，如原子半徑的變化規(guī)律、元素按價電子排布分區(qū)、 原子序數(shù)的連續(xù)性等。
為此，人們在周期表的排列，制作方面不斷改進，設計了各種元素周期 表達的立體模式。目前已報道的有積木型、支架型、寶塔型、大廈型、三角 錐形，圓柱式等。立體元素周期模型已受到人們的關注，在中學課本(實驗本)中也己經(jīng)采用了立體彩色元素周期表，即將推廣。這些模型著眼于周期 律某一方面的內(nèi)容，在一定程度上對元素周期模型設計面臨的某些問題加以 很好地解釋。但無論如何設計，它必須集中反映各元素之間的內(nèi)在聯(lián)系和遞 變規(guī)律，力圖直觀表達元素的部分性質(zhì)。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種集直觀性、趣味性、創(chuàng)造性為一體的三維圓 錐塔元素周期教具。
本實用新型三維圓錐塔元素周期教具，是將元素周期表中的元素按價電子
構型分為s區(qū)、d區(qū)、p區(qū)、f區(qū)，并將s區(qū)、d區(qū)、p區(qū)按原子序數(shù)依次增大 的順序，以逆時針方向排列在三維圓錐塔的錐體上；各區(qū)中同族元素位于錐體 的同一徑向；同一周期的元素對應錐體的同一緯度；所述s區(qū)包括IA族和IIA 族元素；p區(qū)包括0族、niA族、IVA族、VA族、VIA族及VDA族元素；d 區(qū)包括HIB、 IVB、 VB、 VIB、 WB、 VIB 、 IB及IIB族元素；f區(qū)包括鑭系 和錒系元素，其按原子序數(shù)依次增大的順序，以逆時針方向排列在圓錐塔的柱 體上。
本實用新型元素周期教具的模型分析
1、 各元素分布在圓錐體上，比例均勻，從錐頂?shù)藉F底體積增大，揭示了 同族元素自上至下原子半徑增大。氫排布在錐頂，屬于第一周期；在同一周期， 隨著原子序數(shù)增大，原子半徑減小(因為原子核對外層電子引力增加，使原子 半徑收縮)；每到0族達到穩(wěn)定結(jié)構，同時原子半徑突然增大。隨著元素周期 數(shù)的增加，元素的性質(zhì)又進入了較高一級。錐體上每一緯度代表一個周期，徑 向代表族數(shù)。
2、 整個教具沿逆時針方向繞著錐體旋轉(zhuǎn)，將所有元素連貫起來。同族元 素如鑭、錒系元素的性質(zhì)非常相似，鑭、錒系位于模型的三維圓錐塔的柱體上， 形象地反映周期律中的"鑭系收縮"現(xiàn)象。
本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點
1、教學的直觀性本模型借助三維圓錐塔的立體特征，將元素周期表中 的元素按價電子構型分為四個區(qū)S、 d 、 p、 f，并分別置于三維圓錐塔的錐體 和柱體上，直觀地反映了元素周期的遞變規(guī)律同一族，從塔頂?shù)剿左w積越 來越大，揭示了原子半徑自上而下逐漸增大；氫元素位于塔頂，表明原子量最 ??；O族元素在圓錐塔地同一徑向所占空間相對較大，表示其原子半徑突然增大。這些特征直觀形象地反映了元素的遞變性，有助于學生理解周期律中元素
金屬性、酸堿性、電負性的變化規(guī)律；旋轉(zhuǎn)模型，可以讀取到任意元素，直觀、 方便。
2、 形式美重力法則的作用要求物體具有均衡穩(wěn)定的外形，三維圓錐塔 元素周期教具結(jié)構的一個顯著的特點就是對稱、均衡、穩(wěn)定，以立體模式將所 有元素有規(guī)律地堆積起來形成元素家族。
3、 趣味性本教具結(jié)構簡單，制作方便；可以不同顏色標記特殊性質(zhì)的 元素，比如突出了生命元素(C、 N、 O、 H、 S、 K、 Ca、 P等)，有毒元素(Se、 Te、 Sb、 Pb)等。貼近生活，新穎有趣，引起學生學習元素及化合物知識的興 趣。
4、 創(chuàng)造性三維圓錐塔各區(qū)的底部留有一定的空間，可以啟發(fā)學生想象， 元素有沒有終點，元素的終點在哪里等。


圖1為本實用新型的主視圖 圖2為
圖1的俯視圖
具體實施方式
一種三維圓錐塔元素周期教具，是將元素周期表中的各元素按價電子構型 分為s區(qū)、d區(qū)、p區(qū)、f區(qū)，并將s區(qū)、d區(qū)、p區(qū)按原子序數(shù)依次增大的順 序，以逆時針方向排列在三維圓錐塔的錐體上；各區(qū)中同族元素位于錐體的同
一徑向；同一周期的元素對應錐體的同一緯度。
其中s區(qū)包括IA族(自上至下的排列順序依次為H、 Li、 Na、 K、 Rb、 Cs、 Fr)元素和IIA族(自上至下的排列順序依次為Be、 Mg、 Ca、 Sr、 Ba、 Ra)元素。
p區(qū)包括0族(自上至下的排列順序依次為He、 Ne、 Ar、 Kr、 Xe、 Rn) 元素，IIIA族(自上至下的排列順序依次為B、 Al、 Ga、 In、 Tl、 Uut)元素， IVA族(自上至下的排列順序依次為C、 Si、 Ge、 Sn、 Pb、 Uuq)元素，VA 族(自上至下的排列順序依次為N、 P、 As、 Sb、 Bi、 Uup)元素，VIA族(自 上至下的排列順序依次為O、 S、 Se、 Te、 Po、 Uuh)元素及V1IA族(自上至 下的排列順序依次為F、 Cl、 Br、 I、 At、 Uus)元素。
d區(qū)包括niB族(自上至下的排列順序依次為Sc、 Y、 La-Lu、 Ac-Lr)元素，IVB族(自上至下的排列順序依次為Ti、 Zr、 Hf、 Rf)元素、VB族(自 上至下的排列順序依次為V、 Nb、 Ta、 Db)元素，VIB族(自上至下的排列 順序依次為Cr、 Mo、 W、 Sg)元素，WB族(自上至下的排列順序依次為 Mn、 Tc、 Re、 Bh)元素、VlB族(自上至下的排列順序依次為Fe、 Ru、 Os、 Hs; Co、 Rh、 Ir、 Mt; Ni、 Pd、 Pt、 Ds)元素，IB族(自上至下的排列順序 依次為Cu、 Ag、 Au、 Rg)元素及IIB族(自上至下的排列順序依次為Zn、 Cd、 Hg、 Uub)元素。
f區(qū)包括鑭系元素和錒系元素。f區(qū)的鑭系元素和錒系元素位于第6、 7周 期。為了更直觀地說明鑭系和錒系元素的電子排列順序和原子序數(shù)的規(guī)律，將 f區(qū)的元素按原子序數(shù)依次增大的順序，以逆時針方向排列在三維圓錐塔的柱 體上。即自左至右的排列順序依次為La、 Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb、 Lu)元素和錒系(自左至右的排列順序依次為 Ac、 Th、 Pa、 U、 Np、 Pu、 Am、 Cm、 Bk、 Cf、 Es、 Fm、 Md、 No、 Lr)元 素。
在每一族元素上端標明族數(shù)。同一族，從錐頂?shù)藉F底體積越來越大，揭示
了原子半徑自上而下逐漸增大；氫元素位于第一周期，原子量最小；0族元素 在三維圓錐塔的同一徑向中所占空間相對較大，表示其半徑突然增大。
本教具將錐體劃分成7個不同緯度，各緯度同一周期的元素對應錐體的 同一高度。為了使各區(qū)域的元素分界明顯,在錐體的區(qū)域分界線上作徑線標識。
為了突出了人體中的化學元素，將各種元素按對人體的影響分類標示，如
生命基礎元素(C、 H、 O、 N、 P、 S、 K、 Ca、 Mg、 Fe、 Na、 Co、 Ni、 Cu、 Zn等)用綠色表示；必需微量元素(1、 F)用蘭色表示；有害微量元素(Cd、 Pb、 Sb、 Pe)用白色表示；潛在微量元素(Li、 Rb)用黃色表示；致癌元素 (Si、 As、 Sn、 Pb)用黑色表示；使學生對周期表中各元素的性質(zhì)更直觀地認
識，增強學生的知識性和趣味性。
為了便于攜帶和課堂演示，在教具模型上安裝有底座。
權利要求1、一種三維圓錐塔元素周期教具，其特征在于將元素周期表中的各元素按價電子構型分為s區(qū)、d區(qū)、p區(qū)、f區(qū)，并將s區(qū)、d區(qū)、p區(qū)元素按原子序數(shù)依次增大的順序，以逆時針方向排列在三維圓錐塔的錐體上；各區(qū)中同族元素位于錐體的同一徑向；同一周期的元素對應錐體的同一緯度；所述s區(qū)包括IA族和IIA族元素；p區(qū)包括0族、IIIA族、IVA族、VA族、VIA族及VIIA族元素；d區(qū)包括IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIIIB、IB及IIB族元素；f區(qū)包括鑭系和錒系元素，其按原子序數(shù)依次增大的順序，以逆時針方向排列在三維圓錐塔的柱體上。
專利摘要本實用新型提供了一種三維圓錐塔元素周期教具，該教具將元素周期表中的元素按價電子構型分為s區(qū)、d區(qū)、p區(qū)、f區(qū)，并將s區(qū)、d區(qū)、p區(qū)元素按原子序數(shù)依次增大的順序，以逆時針方向排列在三維圓錐塔的錐體上；各區(qū)中同族元素位于錐體的同一徑向；同一周期的元素對應錐體的同一緯度；所述s區(qū)包括IA族和IIA族元素；p區(qū)包括0族、IIIA族、IVA族、VA族、VIA族及VIIA族元素；d區(qū)包括IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIIIB、IB及IIB族元素；f區(qū)包括鑭系和錒系元素，其按原子序數(shù)依次增大的順序，以逆時針方向排列在三維圓錐塔的柱體上。本教具借助立體幾何特征，直觀地反映了元素周期的遞變規(guī)律。
文檔編號G09B1/02GK201259738SQ200820030400
公開日2009年6月17日 申請日期2008年9月16日 優(yōu)先權日2008年9月16日
發(fā)明者宮藺珈, 王建明, 秦淑琪, 黃玉花 申請人:西北師范大學