专利名称：分子轨道模型的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学用具，尤其是一种属于化学领域分子轨道的演示模型。
本世纪以来，分子和原子内的电子行为一直是实验与理论两个方面广泛研究的课题。1916年，美国物理化学家Lewis提出共键学说，即八隅规则，对分子或离子的骨架结构进行了理论描述。1940年，Sidgwick及Powell又提出分子及多原子离子几何形状，为分子轨道奠定了理论基础。随着现代价键理论的发展，如何把分子的形成过程和决定分子性质的轨道理论，形象、具体地灌输于学生，使他们从感性认识升华到理性认识，在此方面，人们作出了一些尝试。目前，讲授分子轨道使用的模型有三种。即Kekule模型，Stuart模型和原子轨道模型。Kekule模型(球棍模型)是用不同颜色的球代表不同种类的原子、用短棍表示各原子间的键，然后用短棍连接球，形象地表示各原子的相对位置和σ键。Stuart模型是按原子半径和键长的比例制成的，可以较精确地表示分子中原子的大小和原子间的相对距离。原子轨道模型只能表示出S、P、d轨道的空间形状。上述三种模型的不足之处在于它们都是一些固定成型的几何体，皆不能表示化学键和分子形成的动态过程，也无法表示决定分子性质的弧电子对，π键和共轭体系、杂环化合物的电子结构。Stuart模型，由于原子间的距离小而挤在一起，不易被学生看清楚，很难表示出分子中原子的相对位置和成键特征。
本实用新型的目的在于表明上述三种模型的不足之处，集三种模型精华于一体，设计制作了一套可以组合成烷烃、烯烃、二烯烃、苯及其衍生物、酚类化合物、醛酮类化合物、羰酸、硝基化合物、胺类化合物、杂环化合物等一百多个典型分子的结构模型、生动、直观地表述了分子和化合物的形成过程，解决了传统模型难于表现分子结构特征的问题，提高了学生们的认识能力和思维能力。
本实用新型的内容有以下几点①由大小不同颜色的球、圆锥体和一些短棍组成，用短棍把一些圆锥体和球穿起来，并且按照它们相互间的键角，固定在直径略大的中心球周围。在X、Y、Z三维空间中，圆锥体与球以“头碰头”，圆锥体与圆锥体以“肩并肩”重叠组合在一起，形成各种化学键和分子的几何结构体。不同形状，不同组合的圆锥体、球代表不同的轨道，有S轨道，2P、3P、SP、SP2、SP3，除S轨道外皆具有对称轴。圆锥体与球沿对称轴方向重叠形成σ键，相邻圆锥体与圆锥体相互平行时，侧面重叠形成π键，一些圆锥体相互平行重叠，又垂直平面重叠形成大π键。单圆锥体在一定的方向上表示弧电子对和轨道存在形态。
②由球、圆锥体、短棍组装的几何结构体可以自由移动、变换、显示原子轨道杂化以及轨道重叠的动态过程。
③中心球和短棍的材质较硬，圆锥体和其他一些球的材质较软。
本实用新型与现有技术相比，具有以下几点优点，并能产生积极效果①生动、形象、直观地表示化学键(σ、π)和分子形成的动态过程，使微观变化宏观化，抽象概念具体化。
②根据教学需要，可以组合成三套经典模型的任意一种，并实现它们之间的相互转换，可以组合成各种分子的电子结构形体，其体积小，重量轻，携带方便。
③吸引力强，教学效果好。该模型色彩鲜艳，外形优美，可以吸引学生的注意力，激发学生兴趣，调动学生思维，使之置身于观察、想象、分析、比较、推理的思维过程中，有助于基本概念的建立和对基本理论的理解，极大地丰富了教学手段、增强了教学效果。经实验测量，使用该模型，在有机化学课教学中，实验班重点、难点讲授时数比对照班少15.3％。25个问题和正答率，实验班为78.9％，对照班为67.2％。
④工艺简单，成本低。浙江鄞县金星教学仪器厂制做的Stuart模型每套247元，A·Kekule模型每套276.6元，异构体模型每套512元。该模型研制花费总共不超过200元。
以下结合附图对本实用新型作进一步的详述附
图1、甲烷的结构示意图附图2、乙烯的结构示意图附图3、氨的结构示意图实施例1如
图1所示，依照共价键理论，甲烷分子形成时，碳原子的一个2S电子激发到一个空的2P轨道上，使2S轨道和2P轨道各有一个成单的电子，这四个轨道经过杂化形成四个完全等同的SP3杂化轨道，再分别于氢的1S轨道重叠，形成四个C－Hσ键。制作方法是在一个表示碳原子的中心球(4)上打孔，使四对用短棍(2)连接海绵圆锥体(3)和海绵球(1)分别指向正四面体的顶角，形成四个面都是等边三角形的几何图形。所有的键角都是109.5°，并固定在中心球(4)上，海绵球(1)与海绵圆锥体(3)重叠，使中心球(4)与周围四根短棍(2)连接的圆锥体(3)和海绵球(1)共享。
实施例2乙烯的形成。如图2所示，在乙烯分子中，两个碳原子间，各以一个SP2杂化轨道相互“头碰头”地正面重叠，形成碳－碳σ－键，每个碳原子再以两个剩余的SP2杂化轨道分别与氢原子的S轨道重叠，形成四个碳氢σ－键。乙烯分子中的五个σ键的对称轴都处在同一平面，两个碳原子上的两个垂直于该平面的2P轨道相互“肩并肩”地平行成键。制作方法是两个中心圆球(4)上分别打孔，并用短棍(2)连接起来。将四个端部都有塑料球(5)的短棍(2)分别插入两个中心圆球(4)上。中心圆球(4)与带有塑料球(5)的短棍(2)之间的键角为120°，并处在同一平面上，形成五个σ－键。二对圆锥体(3)穿过中心圆球(4)侧面重叠，而且垂直于平面，形成π键。
实施例3氨分子形成。如图3所示，NH3分子中，中心原子氮有一对未共享电子对，则结构是一个等边三角锥体。制作方法是端部有塑料球(5)的氢原子形成等边三角形，而绿色海绵圆锥体(3)(氮原子的弧电子对)位于三角形上方组成氨分子的轨道模型。
权利要求1.一种分子轨道模型，由大小不同颜色的球(1)、圆锥体(3)和一些短棍(2)组成，用短棍(2)把一些圆锥体(3)和球(1)穿起来，并且按照它们相互间的键角，固定在中心球(4)的周围，其特征在于在X、Y、Z三维空间中，圆锥体(3)与球(1)以“头碰头”，圆锥体(3)与圆锥体(3)以“肩并肩”重叠组合在一起，形成各种化学键和分子的几何结构体，不同形状，不同组合的圆锥体(3)、球(1)代表不同的轨道，圆锥体(3)与球(1)沿对称轴方向重叠形成σ键，相邻圆锥体(3)与圆锥体(3)相互平行时，侧面重叠形成π键，单圆锥体(3)在一定方向上表示孤电子对和轨道存在形态。
2.按照权利要求1所述的分子轨道模型，其特征在于由球(1)、圆锥体(3)、短棍(2)组装的分子几何结构可以自由移动、变换，显示原子轨道杂化以及轨道重叠的动态过程。
3.按照权利要求1所述的分子轨道模型，其特征在于中心球(4)、短棍(2)的材质较硬，圆锥体(3)和其他一些球(1)的材质较软。
专利摘要本实用新型属化学领域分子轨道演示模型。它是由一些中心球(4)、短棍(2)、塑料球(5)、海绵圆锥体(3)、海绵球(1)组成，依据分子的几何形状，可以自由地组合各种分子的结构体，也可组合成任意一套经典模型，实现三套经典模型之间的转换。形象、直观地表明分子形成的动态过程，容易被学生接受，并且产生了良好的教学效果。该套教学演示模型工艺简单、成本低、极适合在大、中专教学中推广使用。
文档编号G09B23/26GK2156554SQ9320626
公开日1994年2月16日 申请日期1993年3月1日 优先权日1993年3月1日
发明者畅克平, 刘朝民, 王卫平 申请人:中国人民解放军兰州军区军医学校