Модели молекул своими руками
Этот проект является платным. | Подробнее |
Язык проекта:
Цель
Научиться создавать пространственные модели молекул с помощью специальных конструкторов или из подручных материалов.
Оборудование и материалы
- Специальные химические конструкторы.
- Любые конструкторы, которые можно приспособить для выполнения исследования.
- Материалы для изготовления моделей атомов и связей между ними.
- Бумага и ручка (цветные карандаши).
Обоснование
С использованием платформы ГлобалЛаб мы сможем создать удобную для просмотра коллекцию моделей молекул.
Протокол проведения исследования
- Выберите вещество, молекулярное строение которого вы собираетесь моделировать.
- Уточните название вещества.
- Запишите состав молекулы выбранного вами вещества в виде химической формулы. Сделайте фотографию (скан) записи, чтобы затем загрузить её в анкету проекта.
- Определите, к каким веществам относится выбранное вами вещество: к органическим или неорганическим.
- Подберите материалы и создайте модель вашей молекулы, передающую её пространственную структуру. Вы можете использовать специальные химические конструкторы, в состав которых входят шарики-атомы и палочки, моделирующие связи между ними. Вы можете использовать любые другие конструкторы, материалы для творчества, например, слепить атомы из пластилина или сделать их в виде небольших клубочков ниток. Вы можете даже собрать съедобную молекулу из фруктов или ягод!
- Сфотографируйте все этапы изготовления модели молекулы, а затем сделайте фотографии готовой модели с нескольких точек съёмки, чтобы хорошо было видно её пространственное строение.
- Заполните анкету проекта и опишите процесс изготовления модели. Таким образом вы примете участие в базовом варианте проекта.
- Если вы уже изучаете химию или просто интересуетесь ею, возможно, вы захотите ответить на дополнительные вопросы (более сложные).
- Посчитайте относительную молекулярную массу выбранного вами вещества.
- Нарисуйте структурную формулу молекулы выбранного вами вещества, сделайте фотографию или скан рисунка, чтобы разместить их в анкете проекта.
- Выясните величину валентного угла в молекуле.
- Определите тип химической связи.
- Выясните, какова гибридизация орбиталей.
- Определите геометрическую конфигурацию молекулы.
- Напишите, как вы определили с помощью метода валентных связей тип гибридизации молекулы и её геометрическую структуру по методу Гиллеспи.
- Заполните анкету полностью, включая необязательные вопросы, если вы выполняете более сложную версию проекта.
- Участвуйте в обсуждении результатов проекта.
Техника безопасности
Соблюдайте требования безопасности при работе с различными материалами и инструментами.
Заполнить анкету Перед заполнением анкеты обязательно прочтите протокол исследования
МОДЕЛИ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ • Большая российская энциклопедия
Авторы: Л. И. Беленький
МОДЕ́ЛИ МОЛЕКУЛЯ́РНЫЕ, наглядное изображение молекул органич. и неорганич. соединений, позволяющее судить о взаимном расположении атомов, входящих в молекулу. М. м. используют в тех случаях, когда по структурной формуле трудно или практически невозможно представить пространственное расположение атомов, в частности при изучении пространственной изомерии, в конформационном анализе, для оценки стерических препятствий.
Различают два осн. типа М. м.: 1) скелетные, приближённо отражающие ориентацию валентных связей, а иногда и орбиталей в пространстве, но не дающие представления об относит. размерах атомов; 2) объёмные, отображающие валентные углы, ковалентные радиусы атомов и их эффективные радиусы, близкие по значениям к ван-дер-ваальсовым.
К первому типу относятся известные с сер. 19 в. модели из шариков, соединённых отрезками проволоки (модели Кекуле – Вант-Гоффа). Более совершенны модели Дрейдинга (предложены в 1959 швейц. химиком А. Дрейдингом), состоящие из стальных стержней и трубок, соединённых в точке, изображающей ядро атома, под углами, равными валентным. Длины трубок и стержней пропорциональны длинам связей между атомами $\ce{H}$ и элемента (0,1 нм соответствует 2,5 см). Свободные концы трубок и стержней изображают ядра атомов Н, поэтому каждый фрагмент в отдельности является моделью молекулы простейшего водородного соединения к.-л. элемента ($\ce{CH_4, NH_3, H_2O, H_2S}$ и т. д.). Для сборки модели более сложного соединения стержень одного фрагмента вставляют в трубку другого; благодаря ограничит. устройству расстояние между центрами фрагментов пропорционально соответствующему межатомному расстоянию. Модели Дрейдинга верно отражают межатомные расстояния и валентные углы в молекулах. Они позволяют имитировать внутр. вращение, оценивать энергетич. выгодность разл. конформаций, измерять расстояния между непосредственно не связанными атомами. Модели Дрейдинга особенно широко применяют при изучении стереохимии полициклич. систем типа стероидов.
Модели Стюарта – Бриглеба: а – метан; б – этилен; в – отдельный шаровой сегмент в разрезе.
Объёмные модели, правильно передающие размеры и форму молекул, были разработаны в 1934 нем. физиком Г. Стюартом и позднее усовершенствованы нем. физиком и химиком Г. Бриглебом (рис., а, б). Каждый фрагмент, изображающий атом определённого элемента, в моделях Стюарта представляет собой шаровой сегмент, причём радиус шара пропорционален эффективному радиусу атома ($r_{\text{эфф}}$), а расстояние от центра шара до плоскости среза – ковалентному радиусу ($r_{\text{ков}}$). В случае многовалентных атомов делают соответствующее число срезов, причём угол $α$ между перпендикулярами из центра шара на плоскости среза равен валентному (рис., в). По предложению Г. Бриглеба для атомов, соединённых кратными связями, сегменты изготовляют не из шаров, а из эллипсоидов, большая полуось которых соответствует эффективному радиусу, обусловленному наличием $π$-электронного, а малая – $σ$-электронного облака. Модели изготовляют обычно из пластмассы, окрашенной в цвета, установленные для каждого химич. элемента ($\ce{C}$ – чёрный, $\ce{H}$ – белый, $\ce{O}$ – красный, $\ce{N}$ – синий, $\ce{S}$ – жёлтый и т. д.). При сборке моделей сегменты соединяют между собой по плоскостям срезов, причём в случае простых связей сегменты могут вращаться один относительно другого. Модели Стюарта – Бриглеба верно передают валентные углы, межатомные расстояния и эффективные радиусы; они позволяют измерять расстояния между разл. атомами и группами (0,1 нм соответствует 1,5 см). Эффективные радиусы, принятые в моделях Стюарта – Бриглеба, на 10–15% меньше ван-дер-ваальсовых радиусов, получаемых из кристаллографич. данных. Это связано с тем, что модели предназначены для рассмотрения стерических эффектов в молекуле, находящейся при обычных условиях, а не при темп-ре абсолютного нуля.
В связи с развитием компьютерной техники область использования классических М. м. заметно сузилась, поскольку во многих случаях они могут быть с успехом заменены виртуальными моделями, построенными на основании эксперим. структурных данных и результатов квантовохимич. расчётов, выполненных доступными для персональных компьютеров полуэмпирич. методами (см. Компьютерное моделирование в химии). Существующие программы позволяют видеть на экране и фиксировать на бумаге как скелетные, так и объёмные М. м. под разными углами и с разных сторон, как бы поворачивая молекулу; причём имеется возможность получения необходимых данных о межатомных расстояниях, валентных и диэдрических (двугранных) углах. Виртуальные модели могут быть использованы не только в процессе химич. исследований, но и для демонстрации в средней и высшей школе (при наличии необходимого оборудования).
причин для создания собственных молекулярных моделей | Идеи
Многое из того, что мы знаем о химии, невозможно увидеть. Вместо этого ученые разработали модели для описания ключевых понятий на основе имеющихся данных и математических принципов. Модели можно считать инструментами мышления, помогающими формировать объяснения. Они также являются полезными упрощениями для облегчения понимания.
Источник: © Королевское химическое общество
Будьте изобретательны: легкодоступные материалы и планирование могут сделать процесс обучения эффективным
Физическое моделирование на уроках химии — хороший способ помочь учащимся визуализировать такие понятия, как молекулярная геометрия, структура и связь, атомная структура и теория столкновений. Хотя теория «стилей обучения» в преподавании и обучении была широко дискредитирована, кинестетические подходы — учебные действия, включающие выполнение определенных действий — действительно вносят разнообразие в уроки для учителей и учеников. Физические модели также могут стимулировать обсуждение между учащимися или способствовать обсуждению между учащимся и учителем.
Наборы молекулярных моделей часто используются для физического моделирования на уроках химии. Атомы и соединения в наборах молекулярных моделей были специально разработаны для воспроизведения наблюдаемых углов и валентностей атомов в ковалентных молекулах. Однако наборы могут быть дорогими и ограничивать занятия по моделированию школьной средой. Неформальное моделирование с использованием доступных материалов обеспечивает доступную альтернативу. Одно исследование, посвященное неформальному моделированию молекулярной геометрии, показало, что наборы моделей «сделай сам» с использованием ершиков для труб оказались «более значимыми для лучших учеников и более приятными для всех».
Наборы молекулярных моделей часто используются для физического моделирования на уроках химии. Атомы и соединения в наборах молекулярных моделей были специально разработаны для воспроизведения наблюдаемых углов и валентностей атомов в ковалентных молекулах. Однако наборы могут быть дорогими и ограничивать занятия по моделированию школьной средой. Неформальное моделирование с использованием доступных материалов обеспечивает доступную альтернативу. Одно исследование, посвященное неформальному моделированию молекулярной геометрии, показало, что наборы моделей «сделай сам» с использованием ершиков для труб оказались «более значимыми для лучших учеников и более приятными для всех». 1
Выбор материалов для моделирования
Вы можете найти примеры концепций химии, смоделированных с использованием любого вообразимого материала, в академической литературе и других источниках. Сферы, изображающие атомы, можно смоделировать с помощью подручных материалов, таких как шарики из полистирола, пластилин или липкая липкая бумага. Связи атомов можно моделировать с помощью ершиков для труб, ватных палочек или зубочисток. В совокупности они похожи на модели, сделанные с помощью наборов молекулярных моделей. Студенты должны решить, сколько связей установить и где их разместить, что создает трудности для более успевающих. Леса могут поддержать студентов, нуждающихся в дополнительной помощи.
В вашем классе
Загрузите рабочий лист для создания модели связи в аммиаке в формате MS Powerpoint или pdf.
Модели для склеивания могут быть изготовлены из аналогичных материалов. Картонные пазлы или перфокарты могут представлять собой ионы. Чистящие средства для труб в виде валентных оболочек и шарики в виде внешних электронов могут проиллюстрировать модель ковалентной связи Льюиса. Веревка, картонные круги или проволока создают электронные оболочки для модельных атомов, а липкие точки, выпученные глазки, бусинки для украшений и даже сладости могут отображать электроны.
Модели для склеивания могут быть изготовлены из аналогичных материалов. Картонные пазлы или перфокарты могут представлять собой ионы. Чистящие средства для труб в виде валентных оболочек и шарики в виде внешних электронов могут проиллюстрировать модель ковалентной связи Льюиса. 2 Веревка, картонные круги или проволока образуют электронные оболочки для модельных атомов, а липкие точки, выпученные глазки, бусинки для украшений и даже сладости могут отображать электроны.
Получение максимальной отдачи от физических моделей
Учителям сложно использовать модели, поскольку могут возникать неверные представления. Например, распространенное заблуждение состоит в том, что научная модель является точной копией реальной вещи, точно так же, как отлитая под давлением игрушечная машинка является моделью автомобиля стандартного размера. Немногие студенты понимают, почему ученые используют несколько моделей для объяснения концепций. Кроме того, слово «модель» имеет несколько значений в зависимости от контекста. Когда мы используем слово «модель» в обучении, то, что приходит в голову нашим ученикам, может отличаться от того, что у нас в голове.
Учителям сложно использовать модели, потому что могут возникать неверные представления. Например, распространенное заблуждение состоит в том, что научная модель является точной копией реальной вещи, точно так же, как отлитая под давлением игрушечная машинка является моделью автомобиля стандартного размера. Немногие студенты понимают, почему ученые используют несколько моделей для объяснения концепций. 3 Кроме того, слово «модель» имеет несколько значений в зависимости от контекста. Когда мы используем слово «модель» в обучении, то, что приходит в голову нашим ученикам, может отличаться от того, что у нас в голове.
Как и при любом занятии в классе, вы должны оценивать цели обучения, сопровождающие занятия по моделированию, и планировать другие аспекты урока, чтобы учащиеся добивались успехов. Уроки произвольного моделирования редко бывают успешными. Поэкспериментируйте с материалами перед уроками, чтобы предвидеть, где могут возникнуть неправильные представления или даже плохое поведение. Подумайте, какие вопросы будут проверять понимание учащимися и как вопросы и мышление будут работать в больших классах. Например, наборы карточек с вопросами между парами студентов дают подсказки для обсуждения. Они позволяют учителю в конце урока задавать прямые вопросы, как только учащиеся имеют возможность подумать.
Помимо уроков, неформальные модели служат хорошим украшением классной комнаты, обеспечивая прочную память. Поскольку они недороги, студенты могут взять их домой или использовать домашние материалы для изготовления моделей и их критики.
Мы хотели бы увидеть неформальные занятия по моделированию, которые вы проводите на своих занятиях. Напишите нам в Твиттере @RSC_EiC.
Источник: © Королевское химическое общество
Основные советы для неформального моделирования
1. Продумайте логистику распределения материалов и уборки.
2. Предусмотрите, какие проблемы могут возникнуть при использовании выбранных вами материалов, например, проблемы с гигиеной для сладостей в лабораториях и проблемы с безопасностью при использовании острых ершиков для труб.
3. Запланируйте вопросы для более глубокого анализа теории или для проверки полезности модели.
Дополнительная литература
Королевское химическое общество Разработка и использование моделей Курс повышения квалификации помогает справиться с трудностями, связанными с использованием моделей.
Ссылки
1. Т. Кенни, J. Chem. Образовательный , 1992, 69 , 67, (DOI: 10.1021/ed069p67)
2. KL Turner, J. Chem. Образовательный , 2016, 93 , 1073, (DOI: 10.1021/acs.jchemed.5b00981)
3. DF Treagust and AG Harrison , Int. J. Sci. Educ., 2000, 22 , 1011, (DOI: 10.1080/0950066884)
Кристи ТернерКристи Тернер — научный сотрудник школы Манчестерского университета/Школы Болтона, Великобритания
How to Make a Molecular Model
FutureLearn использует куки-файлы для повышения удобства использования веб-сайта. Все файлы cookie, кроме строго необходимых, в настоящее время отключены для этого браузера. Включите JavaScript, чтобы применить настройки файлов cookie для всех необязательных файлов cookie. Вы можете ознакомиться с политикой FutureLearn в отношении файлов cookie здесь.
В этом упражнении мы собираемся использовать легкодоступные материалы, которые мы все можем найти дома или легко купить в супермаркете, для создания молекулярной модели молекулы аромата.
Просмотр стенограммы
6.4
Сложные эфиры представляют собой класс органических соединений, все из которых имеют формулу RCO2R. Низкомолекулярные сложные эфиры обычно имеют приятный фруктовый запах, в том числе запах яблока, банана и клубники, и, следовательно, их часто используют в ароматизаторах и отдушках. Одним из примеров фруктового эфира является пропилэтаноат, представляющий собой бесцветную жидкость с запахом груши.
54.3
Вы увидите, что в реакции используется небольшое количество кислоты, например серной кислоты. Кислота увеличивает скорость образования сложного эфира, и требуется лишь небольшое ее количество, так как она не изменяется химически во время реакции. Таким образом, он действует как катализатор. Итак, давайте рассмотрим структуру пропилэтаноата — углеродная цепь имеет зигзагообразную форму, а углы связи вокруг плоской карбонильной группы составляют 120 градусов. Один из лучших способов узнать о структуре и форме органических соединений — с помощью молекулярных моделей. , а вот молекулярная модель пропилэтаноата.
91.9
Наличие физической молекулярной модели, которую вы можете построить и вращать в руках, поможет вам представить в 3-х измерениях, как выглядят органические соединения, такие как сложные эфиры. Итак, ваша задача в этом упражнении — построить реалистичную молекулярную модель пропилэтанолата, используя легкодоступные бытовые материалы. Вы можете рассмотреть возможность использования конфет, палочек для коктейлей, ершиков для труб, пластилина, пуговиц, магнитов, соломинок, карандашей или даже рождественских украшений, но самое главное — использовать свое воображение и проявлять творческий подход. Разместите фотографии своего творения на нашем сайте, чтобы их увидел весь мир!
В этом упражнении мы собираемся использовать легкодоступные материалы, которые мы все можем найти дома или легко купить в супермаркете, для создания молекулярной модели молекулы аромата.
Молекула пропилэтаноата
Мы хотели бы, чтобы вы попробовали сделать пропилэтаноат (CH
Потребуются следующие ингредиенты:
- Конфеты, шарики Play-Doh или другие круглые предметы, которые можно использовать в качестве атомов, трех разных цветов (в идеале красный, белый и черный)
- Палочки для коктейлей, соломинки, ершики и т. д. (что-то, что можно использовать в качестве скрепок).
Перед началом эксперимента обязательно прочтите все инструкции, чтобы точно понимать, что будет происходить на каждом этапе.
Создание молекулярной модели
Шаг первый: выберите молекулу аромата
Мы предприняли попытку воссоздать сложный эфир, который мы хотели бы, чтобы вы сделали (пропилэтаноат). Структура скелета показана ниже.
Шаг второй: выберите материалы
Для наших молекул мы выбрали красные мармеладки для кислорода, черные мармеладки для углерода, белые мини-мармеладки для водорода и палочки для коктейлей для связей. Но здесь вы можете проявить себя по-настоящему творчески!
Вы можете использовать фрукты, марципан, пластилин Play-Doh. .. все, что у вас есть в доме, что может работать как атомы и молекулы — мы оставим это на ваше усмотрение.
Шаг третий: пробуйте
Вот фотография нашего мармеладного творения!
Довольно сложно заставить модели стоять вертикально, но главное, что вы можете использовать свою модель, чтобы визуализировать молекулы аромата в 3D. Чтобы повысить стабильность, некоторые из одинарных связей в нашем мармеладном творении нуждались в двух коктейльных палочках, расположенных рядом друг с другом — для двойной связи коктейльные палочки хорошо разделены с очевидным зазором между ними.
Когда вы закончите, мы будем рады увидеть ваши творческие шедевры! Почему бы не загрузить фотографию своей модели в наш открытый блокнот (мы включили несколько примеров из предыдущих курсов, чтобы вдохновить вас) или использовать хештег #FLchemistry в Твиттере или Instagram, чтобы рассказать, как у вас дела.
Если вам нужно какое-либо руководство по использованию Padlet, тогда доступна дополнительная информация — мы бы очень хотели, чтобы каждый чувствовал себя частью учебного сообщества, поэтому с нетерпением ждем ваших предложений.
Не ешьте молекулярную модель!
В целях вашей безопасности рекомендуется не есть какую-либо часть молекулярной модели, которую вы сделали, на любом этапе эксперимента (негигиеничное обращение с пищевыми продуктами может привести к заражению). Выбрасывайте образцы в общий мусорный бак. При использовании коктейльных палочек или других острых предметов соблюдайте меры предосторожности, чтобы не пораниться.
Почему бы не попробовать?
Эта статья взята из бесплатного онлайн-ресурса
Изучаем повседневную химию
Создано
Присоединяйся сейчас
Наша цель — изменить доступ к образованию.
Мы предлагаем широкий выбор курсов от ведущих университетов и учреждений культуры со всего мира. Они предоставляются поэтапно и доступны на мобильных устройствах, планшетах и компьютерах, поэтому вы можете приспособить обучение к своей жизни.
Мы считаем, что обучение должно быть приятным, социальным опытом, поэтому наши курсы дают возможность обсудить то, что вы изучаете, с другими, помогая вам делать новые открытия и формировать новые идеи.