專利名稱：分子模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為了作為化學(xué)教材等用的分子模型。
背景技術(shù)：
正如一直以來所知道的那樣，分子模型有很多種，其中一種是球-棍狀的分子模型。它是這樣的構(gòu)造在大小合適的多個(gè)球上，空出與原子價(jià)角相配合的連接孔，以球中心的距離和原子間距離相對應(yīng)的方式將棍的兩端插入上述連接孔，連接各球。
除此之外還有一種是被稱作空間填充模型和斯杜特模型的模型。它是將與構(gòu)成分子的原子的范德瓦耳斯半徑相當(dāng)?shù)牟考枣I半徑及原子價(jià)角相一致的方式結(jié)合的。
例如乙烯(CH2＝CH2)是平面狀分子，用球-棍模型表示如圖39，用空間填充模型表示如圖40。在以往的空間填充模型中，將表示氫原子的半球狀部件11B及表示含有雙鍵的碳原子的三棱柱狀或帶有圓角的三棱柱狀部件13B用各種不同顏色的不透明的塑料或木材制作，把它們用適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合方法(例如連接桿、磁力結(jié)合方法或彈簧結(jié)合方法等)拆裝方便地結(jié)合。
因此，化學(xué)學(xué)習(xí)者用圖39的球-棍模型可以學(xué)習(xí)原子間距、原子價(jià)角、原子的空間構(gòu)型狀態(tài)，通過圖40的空間填充模型可以學(xué)習(xí)分子的形狀、原子的空間填充(packing)狀態(tài)、位阻等(例如參照非專利文獻(xiàn)1)。
非專利文獻(xiàn)1英國ナフイ-ルド財(cái)團(tuán)編《ナフイ-ルド化學(xué)》日語版、第IV卷、講壇社(昭和49年3月20日第二次印刷發(fā)行)第199頁～第228頁。
但是，對于上述以往的分子模型，若是忠實(shí)于分子構(gòu)造則增加原子價(jià)角和原子間距離的種類，因復(fù)雜而使用不便。還有，為了學(xué)習(xí)分子構(gòu)造則至少必須上述2種球-棍模型和空間填充模型，且對于像構(gòu)成生物體的分子那樣的比較復(fù)雜的分子，上述2種模型的對應(yīng)關(guān)系對于初學(xué)者多少有點(diǎn)難于理解。而且，各模型的組裝也有些不便。
本發(fā)明是為了解決上述那樣以往的問題而提出的，其目的在于提供這樣一種分子模型通過將切去立方體的正多面體的角的14面體、20面體、26面體、32面體、球等多面體作為原子表現(xiàn)體，從而使用立足于原子和分子軌道概念的標(biāo)準(zhǔn)的原子價(jià)角，使其容易理解并且簡潔，且通過使用對稱性高的多面體，從而看到分子具有的對稱性而容易理解，還可以容易地理解球-棍模型和空間填充模型這2種(模型)的對應(yīng)關(guān)系，能夠一次學(xué)習(xí)關(guān)于分子構(gòu)造的各個(gè)方面。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案1的分子模型備有切去立方體的8個(gè)頂角從而形成三角面、該三角面在該立方體的棱線的中央部相交的14面體，將該14面體的各面向上時(shí)切去中央的6根棱線從而形成平坦面的20面體，切去形成上述14個(gè)面的14面體的角部從而形成12個(gè)平坦面的26面體和，5角12面體的20個(gè)面為中心呈直角地切去做成三角形的面、在棱線的中央部相交而成的32面體，在中心穿設(shè)有連接孔的球體和，以及兩端插入在上述14面體、20面體、26面體及32面體的各面的中央部上沿法線方向設(shè)置的連接孔和在上述球體上穿設(shè)的連接孔中的表現(xiàn)原子間距離的原子間桿，其特征在于，將上述14面體、上述20面體、上述26面體、上述32面體及上述球體任意組合，其間用上述原子間桿連接，立體地表現(xiàn)化合物的分子構(gòu)造。
據(jù)此，能夠以化學(xué)初學(xué)者也可以理解的方式表現(xiàn)包含分子外形和化學(xué)鍵的三維的分子構(gòu)造。而且，可以是立足于量子力學(xué)所說的s軌道、p軌道、sp軌道、sp2、sp3、dsp3、d2sp3等軌道概念的原子表現(xiàn)體。通過在14面體、26面體中將14面體的各面向上時(shí)將一個(gè)面從中央的6根棱線錯(cuò)開60°，從而可以表現(xiàn)6方晶系的晶體構(gòu)造。
本發(fā)明的技術(shù)方案的分子模型備有球、1/2球、1/4球及1/8球，以及收納上述各球中的1個(gè)或多個(gè)、可按各種晶體的原子排列配置這些各種的球的立方體或長方體的透明容器，其特征在于，將該透明容器作為單位格子從而表現(xiàn)該單位格子內(nèi)的原子排列狀態(tài)。
據(jù)此，能夠形成簡單的多種結(jié)晶模型，能夠透過外部看到原子模型，變得很容易把握單位格子及4配位、6配位、8配位、12配位等。
本發(fā)明的技術(shù)方案3的分子模型備有外殼部是由透明材料或半透明材料制成的空間填充模型，以及和該空間填充模型一起形成原子表示部件地配置在上述外殼內(nèi)部的球-棍模型，其特征在于，在上述原子表示部件上，將上述球-棍模型作為化學(xué)鍵連接有至少形狀或尺寸與其不同的其它的原子表示部。
據(jù)此，此球-棍模型形成立足于由上述多面體的構(gòu)造產(chǎn)生的表現(xiàn)s軌道、p軌道、sp軌道、sp2、sp3、dsp3、d2sp3等軌道的標(biāo)準(zhǔn)的角度的模型，有利于理解分子的對稱性。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，備有切去立方體的8個(gè)頂角、此時(shí)形成的三角形在該立方體的棱線的中央部相交的14面體，將該14面體的各面向上時(shí)切去中央的6根棱線從而形成平坦面的20面體，切去形成上述14個(gè)面的14面體的角部從而形成12個(gè)平坦面的26面體，以5角12面體的20個(gè)面為中心呈直角地切去做成三角形的面、在棱線的中央部相交而成的32面體，在中心穿設(shè)有連接孔的球體，以及兩端插入在上述14面體、20面體、26面體及32面體的各面的中央部上沿法線方向設(shè)置的連接孔和在上述球體上穿設(shè)的連接孔中的表現(xiàn)原子間距離的原子間桿，由于將上述14面體、上述20面體、上述26面體、上述32面體的任一個(gè)和表現(xiàn)原子間距離的原子間桿連接，立體地表現(xiàn)化合物的分子構(gòu)造，故能夠以化學(xué)初學(xué)者也可以理解的方式表現(xiàn)包含分子外形和化學(xué)鍵的三維的分子構(gòu)造，而且，可以是立足于量子力學(xué)所說的s軌道、p軌道、sp軌道、sp2、sp3、dsp3、d2sp3等軌道概念的原子表現(xiàn)體。通過在14面體、26面體中將14面體的各面向上時(shí)將一個(gè)面從中央的6根棱線錯(cuò)開60°，從而可以表現(xiàn)6方晶系的晶體構(gòu)造。
根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案2的分子模型，設(shè)有球、1/2球、1/4球及1/8球，以及通過收納上述各球中的1個(gè)或多個(gè)，并按各種晶體的原子排列配置這些各種的球的立方體或長方體的透明容器，由于將該透明容器作為單位格子從而表現(xiàn)單位格子內(nèi)的原子排列狀態(tài)，故可以組裝與分子構(gòu)造的變化相對應(yīng)的模型，能夠容易理解地表現(xiàn)鍵角及原子間距離。
根據(jù)本發(fā)明，設(shè)外殼部是由透明材料或半透明材料制成的空間填充模型，以及和該空間填充模型一起形成原子表示部件地配置在上述外殼內(nèi)的球-棍模型，由于在上述原子表示部件上，將上述球-棍模型作為化學(xué)鍵連接有至少形狀或尺寸與其不同的其它的原子表示部，故能夠簡單地形成多種結(jié)晶模型，能夠透過外部看到原子模型，取得很容易把握單位格子及4配位、6配位等的效果。而且，可以成為立足于由上述多面體產(chǎn)生的表現(xiàn)s軌道、p軌道、sp軌道、sp2、sp3、dsp3、d2sp3等軌道角度的模型。


圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的乙烯的分子模型的平面圖。
圖2是表示本發(fā)明的氫原子的半球狀部件的軸測圖。
圖3是圖2表示的半球狀部件的剖面圖。
圖4是表示本發(fā)明的苯型部件的軸測圖。
圖5是圖4表示的苯型部件的水平剖面圖。
圖6是表示本發(fā)明的苯的分子模型的平面圖。
圖7是表示本發(fā)明的二甲酰肼的分子模型的平面圖。
圖8是表示本發(fā)明的四面體型部件的軸測圖。
圖9是表示分發(fā)明的甘氨酸的分子模型的說明圖。
圖10是表示本發(fā)明的折疊原子表示部件的軸測圖。
圖11是表示圖10中的原子表示部件的放大剖面圖。
圖12是表示本發(fā)明的甲醇的分子模型的說明圖。
圖13是表示本發(fā)明的直線型部件的軸測圖。
圖14是表示本發(fā)明的乙炔的分子模型的平面圖。
圖15是表示本發(fā)明的球-棍模型的正面圖。
圖16是表示本發(fā)明的球-棍模型的其它例的正面圖。
圖17是表示本發(fā)明的球-棍模型的其它例的正面圖。
圖18是表示本發(fā)明的球-棍模型的其它例的正面圖。
圖19是表示本發(fā)明的球-棍模型的其它例的正面圖。
圖20是表示本發(fā)明的原子表現(xiàn)體的正面圖。
圖21是圖20表示的原子表現(xiàn)體的剖面圖。
圖22是表示本發(fā)明的表現(xiàn)原子間距離的原子間桿的正面圖。
圖23是表示本發(fā)明的乙醇的分子模型的軸測圖。
圖24是表示本發(fā)明的苯酚的分子模型的軸測圖。
圖25是表示本發(fā)明的乙烯的分子模型的軸測圖。
圖26是表示本發(fā)明的乙炔的分子模型的軸測圖。
圖27是表示本發(fā)明的14面體的連接孔位置的說明圖。
圖28是表示本發(fā)明的20面體的連接孔位置的說明圖。
圖29是表示本發(fā)明的多面體的正面圖。
圖30是表示由圖29表示的多個(gè)多面體構(gòu)成的分子模型的軸測圖。
圖31是表示將本發(fā)明的透明容器破開一部分的正面圖。
圖32是表示本發(fā)明的原子模型的軸測圖。
圖33是表示本發(fā)明的原子模型的其它例的軸測圖。
圖34是表示本發(fā)明的原子模型的其它例的軸測圖。
圖35是表示本發(fā)明的原子模型的其它例的軸測圖。
圖36是表示本發(fā)明的原子模型的其它例的軸測圖。
圖37是表示本發(fā)明的氯化銫的結(jié)晶模型的單位格子的平面圖。
圖38是圖1表示的結(jié)晶模型的單位格子的剖面圖。
圖39是表示以往的球-棍模型的平面圖。
圖40是表示以往的空間填充模型的平面圖。
具體實(shí)施例方式
下面，就圖說明本發(fā)明的實(shí)施方式。本發(fā)明是用透明或半透明材料構(gòu)成空間填充模型的非末端原子表示部件的外殼部，在上述非末端原子表示部件的內(nèi)部配置球-棍模型的分子模型。在這里，“非末端原子”表示不是分子中鏈的末端而是存在于鏈中的原子，例如化學(xué)式(1)所表示的化合物(即丙烯酸)中，帶*標(biāo)記的原子是“末端原子”，帶**標(biāo)記的原子是“非末端原子”。
化學(xué)式1
圖1是乙烯(CH2＝CH2)的分子模型的平面圖。由于此分子模型的原子表示用部件的外形和以往的空間填充模型的外形相同，故省略外形的詳細(xì)說明。表示氫原子的部件11如圖2即圖3所示是半球形，像這樣的末端原子表示部件的外殼部41由透明或半透明的塑料材料構(gòu)成，或者也可以和以往的情況相同地用不透明材料構(gòu)成。而且，即使是不透明的情況也不會(huì)對分子構(gòu)造的學(xué)習(xí)造成大的障礙。在上述外殼部41是透明的情況下，在其中的規(guī)定的位置上，放入球-棍模型的小球15，其上固定有結(jié)合管43，此結(jié)合管43固定于外殼部41上。為了和其它的原子表示部件連接的連接桿33的一端部在固定狀態(tài)下插入結(jié)合管43，但也可以沒有這個(gè)。
還有，在圖1中，三棱柱狀的部件13是非末端原子表示部件的1種，表示乙烯中以雙鍵結(jié)合的碳原子(＞C＝)。由于其也用于表示苯中的碳原子，故在模型制造業(yè)領(lǐng)域中被稱作苯型部件。
上述部件13如圖4及圖5所示那樣，具有三棱柱和帶圓角的三棱柱的外形，其外殼部22用透明或半透明的塑料材料制作。表示其外殼部22中的化學(xué)鍵方式的部件，即球-棍模型的各部件被平面地配置。
例如，3根結(jié)合管27、29、31的各一端以規(guī)定的角度(例如120度)安裝在小球25上，另一方面，在構(gòu)成部件13的外殼部22的塑料材料的規(guī)定位置(即此三棱柱的側(cè)面的中心)上開連接孔，上述結(jié)合管27、29、31的另一端固定于此連接孔中。為了和其它的原子表示用部件連接的連接桿33可以拆裝方便地安裝在這些結(jié)合管27、29、31中的1根或2根上。
像這樣的和雙鍵碳原子表示用的部件(所謂的苯型部件)13同樣的三棱柱型的部件為了表示酰胺基的氮(-NH-)而使用，碳和氮分別用不同顏色的部件表示很方便。例如，像碳為黑色、氮為藍(lán)色、氫為白色、氧為紅色、鹵素為綠色這樣用顏色區(qū)分原子的種類很方便。
上述部件13像其通用名“苯型部件”那樣明確地作為苯環(huán)表示用部件使用。圖6是表示苯(C6H6)的模型的平面圖，它是由三棱柱狀的碳原子表示用部件13和半球狀的氫原子表示用部件11構(gòu)成的。如此圖6上特別明了地表示的那樣，空間填充模型的外形和球-棍模型的形態(tài)可以同時(shí)表示，兩者的對應(yīng)關(guān)系也是一目了然。
圖7是如化學(xué)式(2)所示的二甲酰肼的分子模型的平面圖。
化學(xué)式2
此化合物的分子是平面狀分子，除氫原子外骨架鏈呈S形彎曲。由于此分子中的2個(gè)碳原子均有雙鍵，故在分子模型中使用三棱柱狀的碳原子表示用部件(所謂苯型部件)13。由于上述二甲酰肼分子中的2個(gè)氮原子都是酰胺基型，故用三棱柱狀的酰胺型部件15表示。氫原子用半球狀的部件11表示。由于上述化合物中的氧原子是末端原子，所以它也用半球狀的部件14表示，但其尺寸顯然比氫原子表示部件11的尺寸大得多。在上述二甲酰肼分子中存在平面的S形的O-C-N-N-C-O鏈，但和本發(fā)明的分子“外形”的對應(yīng)關(guān)系也清晰明了。
甲烷(CH4)等的分子中的碳原子如化學(xué)式(3)所示，它在空間填充模型中，用正四面體和帶圓角的正四面體形狀的部件表示。
化學(xué)式3
因此，如圖8所示，正四面體的外殼部52由透明或半透明的塑料材料制作，在其中配置碳原子的球-棍模型。此球-棍模型是立足于表現(xiàn)由多面體模型產(chǎn)生的s軌道、p軌道、sp軌道、sp2、sp3、dsp3d2sp3等軌道概念的角度的模型。即，4根化學(xué)鍵表示用結(jié)合管55、57、59、61的各一端按規(guī)定的方向連接在小球(或類似于球的多面體)53上。而且，這些結(jié)合管各自的另一端固定于正四面體型的外殼部52的各面(正三角形)的中心部。還有，將連接桿33事先安裝在管55、57、59、61中的1～3根上是方便的。將像這樣的被組裝的部件稱作正四面體的部件。
圖9表示如化學(xué)式(4)所示那樣的蛋白質(zhì)中的甘氨酸的分子模型。
化學(xué)式4
它是在三棱柱狀的酰胺型氮原子表示部件15上連接正四面體型碳原子表示部件51及三棱柱狀的碳原子表示部件13，同時(shí)連接表示氫原子(或氫離子)的4個(gè)半球狀部件11，且連接表示末端原子的氧原子(或-COO-中的離子狀的氧)的2個(gè)大形球狀部件14。
由于此分子不是平面狀分子故在圖面上難于理解構(gòu)造，但是若實(shí)際地組裝模型的話，分子形狀、化學(xué)鍵鏈的狀態(tài)及它們的對應(yīng)關(guān)系就很容易理解。
圖11及圖12是表示像醇羥基(-OH)中的氧原子那樣的原子(主要存在于鏈中的2價(jià)原子)的部件70的軸測圖。
圖11是其擴(kuò)大的剖面圖。這種類型的部件一般被稱為折疊原子表示部件。它具有將球在直徑方向切去規(guī)定的角度(例如70° 32′)那樣的形狀。在具有這樣的外形的透明的外殼部71、72、74中固定由小球73和結(jié)合管79及80連接而成的球-棍模型，根據(jù)需要可以安裝連接桿33。
作為使用上述折疊原子表示部件的分子模型的一個(gè)例子，有如圖12所示的甲醇(CH3OH)的分子模型。此分子模型中的如化學(xué)式(3)所示的碳原子用正四面體型部件表示，在它上面連接3個(gè)氫原子表示用半球狀部件11，而且，連接表示羥基中的氧的折疊原子表示部件70，連接表示羥基中氫原子的半球狀部件11。
圖13是表示直線狀鍵(形成180度鍵角的原子，例如三鍵碳原子)的部件、即直線型部件81的軸測圖。它是在具有扁圓筒狀或圓板狀形體的透明的外殼部84的中間，在軸方向上配置直線狀態(tài)的球-棍模型。即，2根結(jié)合管88和90直線狀地被連接于小球83上，結(jié)合管88、90的另一端被安裝在外殼部85的規(guī)定位置86和87上。作為直線型部件的使用例有如圖14所示的表示乙炔(CH≡CH)的分子模型。乙炔為直線狀分子，其模型由表示三鍵碳原子的2個(gè)直線型部件81和其兩端的部件11構(gòu)成。
本發(fā)明的分子模型用塑料等制作一般來說是很方便的。球-棍模型的部分最好用非常耐磨損的聚縮醛樹脂制作，空間填充模型的部分最好用染色方便的ABS樹脂、透明度高的丙烯酸樹脂或聚碳酸酯樹脂制作。
此分子模型中的各原子表示用的各部件可以事先保持稍微有些間隙和余量地用連接桿33相互連接。連接桿33最好用稍微有些彈性的材料制作。通過像這樣形成各部件及連接桿33，復(fù)雜的有機(jī)分子的組裝和拆卸都變得容易。而且，環(huán)己烷(C6H12)的模型可以將椅形分子變換成船形分子。進(jìn)一步說，可以用上述的苯型部件(三棱柱狀部件)制作5元環(huán)。
作為上述球-棍模型，除在圖5表示的外，還有這樣的設(shè)計(jì)如圖15所示，可以使連接桿33相對小球連接的1根管27A和連接了連接桿33的2根模擬化學(xué)鍵27B、27C呈120°的角度一體地設(shè)計(jì)，如圖16所示，將可以連接到連接桿33上的2根管27D、27E和連接了連接桿33的1根模擬化學(xué)鍵27F呈120°的角度一體地設(shè)計(jì)，如圖17所示，將一根管27G和一根模擬化學(xué)鍵27H在直線方向上一體地設(shè)計(jì)，根據(jù)需要加以應(yīng)用。
作為上述球-棍模型，除在圖10表示的外，還有如圖18所示那樣，將可以使連接桿33相對小球53連接的1根管27I和連接了連接桿33的3根模擬化學(xué)鍵27J、27K、27L一體地設(shè)計(jì)，根據(jù)需要加以應(yīng)用。還有，作為上述球-棍模型，除在圖10表示的外，還有如圖19所示那樣，將可以使連接桿33相對小球73連接的1根管27M和連接了連接桿33的一根模擬化學(xué)鍵27N按規(guī)定的角度一體地設(shè)計(jì)，根據(jù)需要加以應(yīng)用。
下面說明本發(fā)明的其它實(shí)施方式。根據(jù)此實(shí)施方式，可以立體地表現(xiàn)有機(jī)化合物的分子構(gòu)造，可以正確地表現(xiàn)其鍵角及原子間距離。還可以高效地制作便于原子符號(hào)的記載的分子模型。此分子模型如圖20所示由塑料制的多角面原子表現(xiàn)體101構(gòu)成。此多角面原子表現(xiàn)體101如圖20及圖21所示，由多面體形成。即，根據(jù)各模型的用途使用切去立方體的8個(gè)頂角形成三角面并且該三角形在該立方體的棱線的中央部相交的14面體，將此14面體的各面向上時(shí)切去中央的6根棱線部而形成平坦面的20面體，切掉形成上述14個(gè)面的14面體的棱線部而形成12個(gè)平坦面的26面體和，以及以5角12面體的20個(gè)面為中心切去一個(gè)直角而形成的三角形的面并在棱角線的中央部相交而成的32面體。在這些多角面原子表現(xiàn)體101上，穿設(shè)能夠與不同原子的鍵角相對應(yīng)地與角面形成直角的連接孔102。
而且，如圖22所示，上述分子模型使用了前端部103a、103a嵌入連接在上述連接孔102中的表現(xiàn)原子間的距離的原子間桿103。和上述多角面原子表現(xiàn)體101組合構(gòu)成模型。多角面原子表現(xiàn)體101被著色，根據(jù)顏色及記號(hào)可以識(shí)別。還有，對于像氫那樣的一價(jià)原子，如圖23至圖26所示，使用在前端有球104的原子間桿105。圖23、圖24、圖25、圖26分別表示乙醇、苯酚、乙烯、乙炔的各分子構(gòu)造的模型。
在這種分子模型中，是在圖27(a)、(b)及圖28(a)、(b)分別表示的14面體F1及20面體F2的原子表現(xiàn)體中，在角面上設(shè)計(jì)如表1那樣的各種原子的鍵角，用原子間桿103將此連接，則可得到分子模型。
表1原子序號(hào)原子符號(hào)雜化類型 鍵角 F1、F2的鉆孔面5 B SP2120°F21、3、5面 120°苯環(huán)用C SP2120°F21、3、5面 120°6 C SP3109°28′ F17、8、9、13面 109°28′7 N SP3108°F17、8、9面 109°28′8 O SP3108°F17、8面 109°28′14 Si SP3109°F17、8、9、13面 109°28′15 P SP3，d2SP393°F11、2、3面 90°16 S SP3，d2SP392°F11、2面 90°上述14面體或20面體的各面所表現(xiàn)的角度近似于有機(jī)化學(xué)中標(biāo)準(zhǔn)的鍵角。因此，可以組裝對應(yīng)于表1示例的多種分子構(gòu)造的變化的模型，表示鍵角及原子間距離。而且，在臺(tái)上載置像上述那樣被組裝的原子表現(xiàn)體101的角面時(shí)，其原子表現(xiàn)體101被穩(wěn)定地定置，不會(huì)滾動(dòng)。還有，由于角面為平面，故原子符號(hào)的記載容易。各原子表現(xiàn)體101和表現(xiàn)原子間距離的原子間桿103由塑料形成，因此，可以通過模具大量生產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)低價(jià)化。
在圖20及圖21中，表示在多角面體的原子表現(xiàn)體101的幾個(gè)角面上設(shè)置連接原子間桿103的連接孔的情況，可以例如如圖29所示那樣在所有的角面上設(shè)置連接孔102。像這樣將通過將原子間桿103的兩端插入這些連接孔102從而將多個(gè)原子表現(xiàn)體101互相連接，可以容易地得到如圖30所示那樣的分子模型。
此分子模型基本上備有以立方體的8個(gè)頂角為中心切除，此時(shí)得到的三角形在棱線的中央部相交的14面體，將其14面體的各面向上時(shí)在中央的6根棱線上形成平面的20面體，以棱線的中央部為中心呈直角地形成12個(gè)切去面的26面體，以5角12面體的20個(gè)面為中心呈直角地切去做成三角形的面、在棱線的中央部相交而成的32面體，在中心穿設(shè)有連接孔的球體和，在上述14面體、20面體、26面體及32面體的各面的中央部上沿法線方向設(shè)置的連接孔，以及兩端插入上述球體具有的連接孔中的表現(xiàn)原子間距離的原子間桿。將上述14面體、20面體、26面體及32面體的任一個(gè)和表現(xiàn)原子間距離的原子間桿連接從而立體地表現(xiàn)化合物的分子構(gòu)造，由此，可以表現(xiàn)立足于量子力學(xué)所說的s軌道、p軌道、sp軌道、sp2、sp3、d2sp3等軌道概念的原子表現(xiàn)體，以初學(xué)者也可以理解的方式表現(xiàn)化學(xué)鍵的軌道、分子或晶體的對稱性。在14面體、26面體中，通過將14面體的各面向上時(shí)將一個(gè)面從中央的6根棱線錯(cuò)開60°，就可以表現(xiàn)6方晶系的晶體結(jié)構(gòu)。
像這樣，本發(fā)明的分子模型是能夠同時(shí)表現(xiàn)眾所周知的空間填充模型的外形和眾所周知的球-棍模型的形態(tài)的便利的模型，上述2種眾所周知的模型的對應(yīng)關(guān)系也是一目了然。因此，對于初學(xué)者也可以非常容易地學(xué)習(xí)包含分子的“外形”和“化學(xué)鍵”的三維的分子構(gòu)造，且對于化學(xué)研究者，在研究復(fù)雜分子時(shí)也是非常有用的。
說明本發(fā)明的其余的實(shí)施方式。圖31表示外形為立方體狀或長方體狀的透明的丙烯酸樹脂制的容器111，在上部有開口部111a。作為容器1的形態(tài)，除上述之外還可以考慮八角筒狀、圓筒狀的。圖32至圖36是表示原子模型，圖32表示8分之1球112，圖33表示小球113，圖34表示大球114，圖35表示2分之1球115，圖36表示4分之1球116。和實(shí)際的單位格子有關(guān)，即合計(jì)共有8個(gè)單位格子。因此，一個(gè)單位格子只有原子的8分之1。為此在制作一個(gè)單位格子的模型時(shí)候，為了表示八隅的原子，使用8分之1的球112?？紤]到共有關(guān)系，為表示存在于一個(gè)單位的棱的原子使用4分之1球116，還有，為表示存在于該改格子表面的原子使用2分之1球115。
在制作表示單位格子的原子排列狀態(tài)的模型時(shí)，按照結(jié)晶學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、金屬學(xué)、礦物學(xué)等教科書、參考書上記載的各種晶體的單位格子的說明圖，將透明容器111看作單位格子，在其中放入規(guī)定數(shù)目的規(guī)定大小的上述球113、114、8分之1球、4分之1球112和116或2分之1球115，配置于規(guī)定位置。對應(yīng)于原子的種類及大小改變這些球的顏色和大小時(shí)很方便。作為單位格子的一例，圖37、圖38中使用透明容器111和原子模型，表示氯化銫的單位格子。
氯化銫的分子式寫作CsCl，Cs和C以1比1的比例結(jié)合。但實(shí)際的晶體構(gòu)造很類似于體心立方構(gòu)造，是Cl原子從八個(gè)方向包圍著Cs原子的周圍的構(gòu)造。圖37、圖38用8分之1球112和小球113表示分子式CsCl的立體構(gòu)造。在此，八個(gè)角部的8分之1球112表示Cl，中心的小球113表示Cs。且組合8分之1球112的Cl模型則形成1個(gè)球，與在中心的小球113Cs的原子模型構(gòu)成1∶1的關(guān)系。食鹽(NaCl)、金剛石(C)等的晶體構(gòu)造也可以用此結(jié)晶模型立體地表示。
在實(shí)際的結(jié)晶中，通常認(rèn)為是原子A被N個(gè)原子B包圍的構(gòu)造。這個(gè)被稱作N配位。代表的是4配位、6配位、8配位、12配位，此配位狀態(tài)與原子A和原子B的半徑比密切地相關(guān)，根據(jù)此結(jié)晶模型可以非常容易理解。即，在此透明容器111中放入滿足表2記載的半徑比例的條件的2種球并進(jìn)行排列，就可以準(zhǔn)確地把握這些配位的概念。
表2配位原子排列半徑比的界限4配位 4面體 0.41-0.226配位 8面體 0.73-0.418配位 立方體的隅 1-0.7312配位 最密結(jié)構(gòu)1金屬晶體構(gòu)造很多情況下是6方密填充結(jié)構(gòu)、立方最密結(jié)構(gòu)、體心立方結(jié)構(gòu)3種中的一種。這些結(jié)構(gòu)可以用此結(jié)晶模型立體地表現(xiàn)。
(I)6方最密填充結(jié)構(gòu)--在透明容器111內(nèi)將紅色及藍(lán)色的球按紅、藍(lán)、紅、藍(lán)的順序以做成6方格子的層的形式擺放。從上面看紅色的層通常在相同的位置，藍(lán)色的層在和紅色錯(cuò)開的位置以同樣的配置方式擺放。
(II)立方最密填充結(jié)構(gòu)--是和6方最密填充結(jié)構(gòu)相同的要領(lǐng)，此時(shí)使用紅、藍(lán)、白三種球。以從上面看不同顏色的球擺放在不同的位置，相同顏色的球擺放在同一位置的方式排列。
(III)體心立方結(jié)構(gòu)--在透明容器111中制作紅色(或白色)的球的正方格子，使白色(或紅色)的球重合在和其余的4個(gè)球相接的位置。此時(shí)，若是相同數(shù)量的球的構(gòu)造，此體心立方結(jié)構(gòu)比上述各最密填充結(jié)構(gòu)的體積還大，根據(jù)此結(jié)晶模型即可理解。
像這樣，在一方開口的透明容器111內(nèi)以只配置原子模型的方式形成結(jié)晶模型，不僅使用非常方便，而且可以自由地改變其配置的方法。因此，可以表現(xiàn)各種結(jié)晶模型，透過透明容器從而可以立體地透視內(nèi)部的原子模型。因此，可以提供一種對于單位格子的說明、4配位、6配位、8配位、12配位等的說明、原子直徑(半徑)比和晶體構(gòu)造或配位數(shù)的關(guān)系的說明、立方最密填充結(jié)構(gòu)、6方最密填充結(jié)構(gòu)、體心立方結(jié)構(gòu)等的說明非常方便的晶體構(gòu)造。
權(quán)利要求
1.一種分子模型，備有切去立方體的8個(gè)頂角從而形成三角面、該三角面在該立方體的棱線的中央部相交的14面體，將該14面體的三角面向上時(shí)切去中央的6根棱線從面形成平坦面的20面體，切去形成上述14個(gè)面的14面體的角部從而形成12個(gè)平坦面的26面體，以5角12面體的20個(gè)面為中心呈直角地切去做成三角形的面、在棱線的中央部相交而成的32面體，在中心穿設(shè)有連接孔的球體，以及兩端插入在上述14面體、20面體、26面體及32面體的各面的中央部上沿法線方向設(shè)置的連接孔和在上述球體上穿設(shè)的連接孔中的表現(xiàn)原子間距離的原子間桿，其特征在于，將上述14面體、上述20面體、上述26面體、上述32面體及上述球體任意組合，其間用上述原子間桿連接，立體地表現(xiàn)化合物的分子構(gòu)造。
2.一種分子模型，備有球、1/2球、1/4球及1/8球，以及收納上述各球中的1個(gè)或多個(gè)、可按各種晶體的原子排列配置這些各種的球的立方體或長方體的透明容器，其特征在于，將該透明容器作為單位格子從而表現(xiàn)該單位格子內(nèi)的原子排列狀態(tài)。
3.一種分子模型，備有外殼部是由透明材料或半透明材料制成的空間填充模型，以及和該空間填充模型一起形成原子表示部件地配置在上述外殼部內(nèi)的球-棍模型，其特征在于，在上述原子表示部件上，將上述球-棍模型作為化學(xué)鍵連接有至少形狀或尺寸與其不同的其它的原子表示部。
全文摘要
一種分子模型，易于理解球－棍模型及空間填充模型的對應(yīng)關(guān)系。備有以立方體的8個(gè)角為中心切去、此時(shí)形成的三角形在棱線的中央部相交的14面體，將該14面體的各面向上時(shí)在中央的6根棱線上形成平坦面的20面體，以棱線的中央部為中心呈直角地形成12個(gè)切去面的26面體，以5角12面體的20個(gè)面為中心呈直角地切去做成三角形的面、在棱線的中央部相交而成的32面體，在中心有連接孔的球體，以及兩端插入在14面體、20面體、26面體及32面體的各面的中央部上沿法線方向設(shè)置的連接孔和上述球體具有的連接孔中的表現(xiàn)原子間距離的原子間桿，將14面體、20面體、26面體、32面體的任一個(gè)和表現(xiàn)原子間距離的原子間桿連接而立體地表現(xiàn)化合物的分子構(gòu)造。
文檔編號(hào)G09B23/26GK1519791SQ200410003
公開日2004年8月11日 申請日期2004年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月31日
發(fā)明者佐藤和久 申請人:株式會(huì)社日之本合成樹脂制作所