專利名稱：分子軌道模型的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種教學用具，尤其是一種屬于化學領域分子軌道的演示模型。
本世紀以來，分子和原子內的電子行為一直是實驗與理論兩個方面廣泛研究的課題。1916年，美國物理化學家Lewis提出共鍵學說，即八隅規(guī)則，對分子或離子的骨架結構進行了理論描述。1940年，Sidgwick及Powell又提出分子及多原子離子幾何形狀，為分子軌道奠定了理論基礎。隨著現代價鍵理論的發(fā)展，如何把分子的形成過程和決定分子性質的軌道理論，形象、具體地灌輸于學生，使他們從感性認識升華到理性認識，在此方面，人們作出了一些嘗試。目前，講授分子軌道使用的模型有三種。即Kekule模型，Stuart模型和原子軌道模型。Kekule模型(球棍模型)是用不同顏色的球代表不同種類的原子、用短棍表示各原子間的鍵，然后用短棍連接球，形象地表示各原子的相對位置和σ鍵。Stuart模型是按原子半徑和鍵長的比例制成的，可以較精確地表示分子中原子的大小和原子間的相對距離。原子軌道模型只能表示出S、P、d軌道的空間形狀。上述三種模型的不足之處在于它們都是一些固定成型的幾何體，皆不能表示化學鍵和分子形成的動態(tài)過程，也無法表示決定分子性質的弧電子對，π鍵和共軛體系、雜環(huán)化合物的電子結構。Stuart模型，由于原子間的距離小而擠在一起，不易被學生看清楚，很難表示出分子中原子的相對位置和成鍵特征。
本實用新型的目的在于表明上述三種模型的不足之處，集三種模型精華于一體，設計制作了一套可以組合成烷烴、烯烴、二烯烴、苯及其衍生物、酚類化合物、醛酮類化合物、羰酸、硝基化合物、胺類化合物、雜環(huán)化合物等一百多個典型分子的結構模型、生動、直觀地表述了分子和化合物的形成過程，解決了傳統(tǒng)模型難于表現分子結構特征的問題，提高了學生們的認識能力和思維能力。
本實用新型的內容有以下幾點①由大小不同顏色的球、圓錐體和一些短棍組成，用短棍把一些圓錐體和球穿起來，并且按照它們相互間的鍵角，固定在直徑略大的中心球周圍。在X、Y、Z三維空間中，圓錐體與球以“頭碰頭”，圓錐體與圓錐體以“肩并肩”重疊組合在一起，形成各種化學鍵和分子的幾何結構體。不同形狀，不同組合的圓錐體、球代表不同的軌道，有S軌道，2P、3P、SP、SP2、SP3，除S軌道外皆具有對稱軸。圓錐體與球沿對稱軸方向重疊形成σ鍵，相鄰圓錐體與圓錐體相互平行時，側面重疊形成π鍵，一些圓錐體相互平行重疊，又垂直平面重疊形成大π鍵。單圓錐體在一定的方向上表示弧電子對和軌道存在形態(tài)。
②由球、圓錐體、短棍組裝的幾何結構體可以自由移動、變換、顯示原子軌道雜化以及軌道重疊的動態(tài)過程。
③中心球和短棍的材質較硬，圓錐體和其他一些球的材質較軟。
本實用新型與現有技術相比，具有以下幾點優(yōu)點，并能產生積極效果①生動、形象、直觀地表示化學鍵(σ、π)和分子形成的動態(tài)過程，使微觀變化宏觀化，抽象概念具體化。
②根據教學需要，可以組合成三套經典模型的任意一種，并實現它們之間的相互轉換，可以組合成各種分子的電子結構形體，其體積小，重量輕，攜帶方便。
③吸引力強，教學效果好。該模型色彩鮮艷，外形優(yōu)美，可以吸引學生的注意力，激發(fā)學生興趣，調動學生思維，使之置身于觀察、想象、分析、比較、推理的思維過程中，有助于基本概念的建立和對基本理論的理解，極大地豐富了教學手段、增強了教學效果。經實驗測量，使用該模型，在有機化學課教學中，實驗班重點、難點講授時數比對照班少15.3％。25個問題和正答率，實驗班為78.9％，對照班為67.2％。
④工藝簡單，成本低。浙江鄞縣金星教學儀器廠制做的Stuart模型每套247元，A·Kekule模型每套276.6元，異構體模型每套512元。該模型研制花費總共不超過200元。
以下結合附圖對本實用新型作進一步的詳述附


圖1、甲烷的結構示意圖附圖2、乙烯的結構示意圖附圖3、氨的結構示意圖實施例1如
圖1所示，依照共價鍵理論，甲烷分子形成時，碳原子的一個2S電子激發(fā)到一個空的2P軌道上，使2S軌道和2P軌道各有一個成單的電子，這四個軌道經過雜化形成四個完全等同的SP3雜化軌道，再分別于氫的1S軌道重疊，形成四個C－Hσ鍵。制作方法是在一個表示碳原子的中心球(4)上打孔，使四對用短棍(2)連接海綿圓錐體(3)和海綿球(1)分別指向正四面體的頂角，形成四個面都是等邊三角形的幾何圖形。所有的鍵角都是109.5°，并固定在中心球(4)上，海綿球(1)與海綿圓錐體(3)重疊，使中心球(4)與周圍四根短棍(2)連接的圓錐體(3)和海綿球(1)共享。
實施例2乙烯的形成。如圖2所示，在乙烯分子中，兩個碳原子間，各以一個SP2雜化軌道相互“頭碰頭”地正面重疊，形成碳－碳σ－鍵，每個碳原子再以兩個剩余的SP2雜化軌道分別與氫原子的S軌道重疊，形成四個碳氫σ－鍵。乙烯分子中的五個σ鍵的對稱軸都處在同一平面，兩個碳原子上的兩個垂直于該平面的2P軌道相互“肩并肩”地平行成鍵。制作方法是兩個中心圓球(4)上分別打孔，并用短棍(2)連接起來。將四個端部都有塑料球(5)的短棍(2)分別插入兩個中心圓球(4)上。中心圓球(4)與帶有塑料球(5)的短棍(2)之間的鍵角為120°，并處在同一平面上，形成五個σ－鍵。二對圓錐體(3)穿過中心圓球(4)側面重疊，而且垂直于平面，形成π鍵。
實施例3氨分子形成。如圖3所示，NH3分子中，中心原子氮有一對未共享電子對，則結構是一個等邊三角錐體。制作方法是端部有塑料球(5)的氫原子形成等邊三角形，而綠色海綿圓錐體(3)(氮原子的弧電子對)位于三角形上方組成氨分子的軌道模型。
權利要求1.一種分子軌道模型，由大小不同顏色的球(1)、圓錐體(3)和一些短棍(2)組成，用短棍(2)把一些圓錐體(3)和球(1)穿起來，并且按照它們相互間的鍵角，固定在中心球(4)的周圍，其特征在于在X、Y、Z三維空間中，圓錐體(3)與球(1)以“頭碰頭”，圓錐體(3)與圓錐體(3)以“肩并肩”重疊組合在一起，形成各種化學鍵和分子的幾何結構體，不同形狀，不同組合的圓錐體(3)、球(1)代表不同的軌道，圓錐體(3)與球(1)沿對稱軸方向重疊形成σ鍵，相鄰圓錐體(3)與圓錐體(3)相互平行時，側面重疊形成π鍵，單圓錐體(3)在一定方向上表示孤電子對和軌道存在形態(tài)。
2.按照權利要求1所述的分子軌道模型，其特征在于由球(1)、圓錐體(3)、短棍(2)組裝的分子幾何結構可以自由移動、變換，顯示原子軌道雜化以及軌道重疊的動態(tài)過程。
3.按照權利要求1所述的分子軌道模型，其特征在于中心球(4)、短棍(2)的材質較硬，圓錐體(3)和其他一些球(1)的材質較軟。
專利摘要本實用新型屬化學領域分子軌道演示模型。它是由一些中心球(4)、短棍(2)、塑料球(5)、海綿圓錐體(3)、海綿球(1)組成，依據分子的幾何形狀，可以自由地組合各種分子的結構體，也可組合成任意一套經典模型，實現三套經典模型之間的轉換。形象、直觀地表明分子形成的動態(tài)過程，容易被學生接受，并且產生了良好的教學效果。該套教學演示模型工藝簡單、成本低、極適合在大、中專教學中推廣使用。
文檔編號G09B23/26GK2156554SQ9320626
公開日1994年2月16日 申請日期1993年3月1日 優(yōu)先權日1993年3月1日
發(fā)明者暢克平, 劉朝民, 王衛(wèi)平 申請人:中國人民解放軍蘭州軍區(qū)軍醫(yī)學校