Значну частину шкільного курсу з хімії займає дослідження будови речовини, зокрема й атомів та молекул. Але ці частинки речовини настільки маленькі, що неможливо побачити їх на власні очі, щоб зрозуміти тему. Для цього й існують спеціальні моделі в кабінет хімії: вони допомагають наочно продемонструвати склад, будову речовин.
Класифікація навчальних моделей.
В хімії використовують моделювання що ілюструє будову атомів (моделі атомів), будову молекул (моделі молекул) та будову кристалів (моделі кристалічних ґраток/решіток).
Моделі атомів можуть бути:
- віртуальні (2d- і 3d-моделі);
- плоскі (2d-) моделі;
- об'ємні (3d-) моделі
Віртуальні моделі атомів можуть відображати склад ядра атома, будову електронної оболонки атома (відповідно до планетарної або сучасної моделі атома).
Плоскі моделі атомів можуть відображати склад ядра атома, будову електронної оболонки атома відповідно до планетарної моделі атома. Вони дозволяють будувати моделі атоів та йонів різних хімічних елементів.
Об'ємні моделі атомів можуть відображати склад ядра атома, будову електронної оболонки атома (відповідно до планетарної або сучасної моделі атома). Враховується просторове розміщення складових атома.
Найбільш поширеними моделями молекул є:
- Масштабні (об'ємні, напівсферичні) моделі Стюарта (Space-filling model — «модель, що заповнює простір»), calotte model — модель-шапочки, CPK (перші літери прізвищ хіміків Роберта Корі, Лінуса Полінга і Уолтера Колтуна)
- Структурні (каркасні) моделі, моделі Дрейдінга
- Кулестрижневі моделі, моделі Петрес подібні зі скелетними моделями, є їх різновидом
- Стрічкові моделі, або стрічкові діаграми
- Глобулярні моделі
- Орбітальні моделі
Масштабні моделі. Ці моделі відображають взаємне розташування атомів, ефективні розміри атомів в масштабах пропорційних реальним, в деякій мірі валентні кути та інше, але не відображають електронну структуру модельованих сполук.
Структурні (каркасні) моделі. Ці моделі не враховують об'ємність атомів. Вони відображають валентні кути та порядок зв'язків у молекулі. Такі моделі зручні для візуалізації складних структур типу біополімерів.
Кулестрижневі моделі. Ці моделі подібні до скелетних моделей та є їх різновидом. Містять кульки, якими позначено атоми.
Стрічкові моделі. Ці моделі показують укладання полімерного ланцюга в просторі.
Глобулярні моделі. Ці моделі відображають загальну форму молекули без деталізації структури до рівня окремих атомів.
Орбітальні моделі. Ці моделі відображають електронну структуру модельованих сполук відповідно до сучасних, заснованих на квантовій механіці уявлень.
У моделях молекул кількість зв’язків між атомами дорівнювє валентностям елементів, колір атомних моделей відповідає загальноприйнятим правилам:
- Гідроген (H) — білий
- Карбон (C) — чорний
- Нітроген (N) — синій
- Оксиген (O) — червоний
- Флуор (F), Хлор (Cl) — зелений
- Бром (Br) — коричневий
- Йод (I) — темно-фіолетовий
- Благородні гази (He, Ne, Ar, Xe, Kr) — блакитний
- Фосфор (P) — світло-помаранчевий
- Сульфур (S) — жовтий
- Бор (B) — та більшіть перехідних металів бежевий
- Лужні метали (Li, Na, K, Rb, Cs) — фіолетовий
- Лужноземельні метали (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) — темно-зелений
- Титан (Ti) — сірий
- Ферум (Fe) — темно-помаранчевий
- інші — елементи рожевий
Моделі кристалічних граток — відображають порядок розміщення структурних частинок в кристалі. Можуть відображати одну чи декілька елементарних комірок кристалу.
Зберігання навчальних моделей.
Зберігання навчальних моделей у кабінеті хімії має бути організоване таким чином, щоб забезпечити їх збереження, легкий доступ та зручність використання під час занять. Ось кілька рекомендацій:
Категоризація моделей:
Розподіліть моделі за категоріями (наприклад, моделі атомів, молекул, кристалічних решіток тощо). Використовуйте етикетки для позначення різних типів моделей.
Використання полиць і шаф:
Відведіть спеціальні полиці або секції в шафах для кожної категорії моделей. Розмістіть полиці на зручній висоті, щоб учні та вчителі могли легко дістати потрібні моделі.
Захист від пошкоджень:
Зберігайте моделі в закритих шафах або контейнерах, щоб захистити їх від пилу, вологи та механічних пошкоджень. Використовуйте м'які матеріали, такі як пінопласт або тканина, для прокладання між моделями, щоб уникнути подряпин чи тріщин.
Каталогізація:
Ведіть список моделей з їхнім місцем розташування, щоб швидко знаходити необхідне під час уроку. Регулярно оновлюйте цей список і проводьте перевірку наявності.
Організація доступу:
Створіть систему доступу до моделей, яка враховує безпеку та збереження майна (наприклад, ключі від шаф повинні зберігатися у вчителя). Залучайте учнів до відповідального використання моделей, нагадуючи про правила безпеки та поводження з ними.
Використання етикеток та описів:
На кожній моделі повинні бути етикетки з назвою та коротким описом, що дозволить швидко ідентифікувати її призначення та функціонал.
Деякі види навчальних моделей.
- Модель атома демонстраційна
-
Модель призначена для наочного представлення планетарної моделі атома з можливістю визначення кількості частинок (протонів, електронів нейтронів). Модель складається з магнітної основи, закріпленої на штативі або ніжках, в якій графічно виділена область ядра (не менше третини відзагального розміру); на певних відстанях від ядра нанесені кільця — нергетичні рівні; з 60 магнітів круглої форми, на яких нанесені позначки «+», «-», або жодної позначки (по 20 магнітів кожного типу).
- Модель кристалічної ґратки алмазу
-
Модель призначена для демонстрування атомної структури кристалічної ґратки алмазу. Чорні пластикові кульки з отворами, розташованими під кутом 109°28′ один відносно одного, пластикові або металеві стержні-«зв'язки» однакової довжини.
- Модель кристалічної ґратки графіту
-
Модель призначена для демонстрування атомної структури кристалічної ґратки графіту. Чорні пластикові кульки з отворами, розташованими під кутом 109° один відносно одного в площині, деякі кільки містять перпендикулярнийотвір до площини інших отворів, пластикові або металеві стержні-«зв'язки» різної довжини.
- Модель кристалічної ґратки йоду
-
Модель призначена для демонстрування молекулярної кристалічної ґратки йоду. Зелені пластикові кульки однакового розміру з отворами (допускаються «здвоєні» кульки), пластикові або металеві стержні-«зв'язки» різної довжини.
- Модель кристалічної ґратки льоду
-
Модель призначена для демонстрування молекулярної кристалічної ґратки льоду (води). Червоні (більші за розміром) та білі (менші за розміром) пластикові кульки з отворами, пластикові або металеві стержні-«зв'язки» різної довжини.
- Модель кристалічної ґратки карбон(IV) оксиду
-
Модель призначена для демонстрування молекулярної кристалічної ґратки карбон(IV) оксиду. Червоні та чорні пластикові кульки з отворами, пластикові або металеві стержні-«зв'язки» різної довжини.
- Модель кристалічної ґратки натрій хлориду
-
Модель для демонстрації йонної структури кристалічної ґратки натрій хлориду (кам'яної солі). Зелені та сірі пластикові кульки з отворами, пластикові або металеві стержні-«зв'язки» однакової довжини.
- Модель кристалічної ґратки заліза
-
Модель для демонстрації об'ємоцентрованої структури кристалічної ґратки заліза. Пластикові кульки однакового кольору з отворами, пластикові або металеві стержні-«зв'язки» однакової довжини.
- Модель кристалічної ґратки магнію
-
Модель для демонстрації гексагональної структури кристалічної ґратки магнію. Пластикові кульки однакового кольору з отворами, пластикові або металеві стержні-«зв'язки» різної довжини.
- Модель кристалічної ґратки міді
-
Модель для демонстрації гранецентрованої структури кристалічної ґратки магнію. Пластикові кульки однакового кольору з отворами, пластикові або металеві стержні-«зв'язки» різної довжини.
- Набір для складання об'ємних моделей молекул (демонстраційний)
-
Для об’ємного моделювання молекул неорганічних і органічних сполук. Склад: пластикові кульки і кріплення, які по формі відповідають конфігурації отворів у кульках (циліндричні або паралелепіпедні). Моделі відображають просторове розміщення атомів у молекулах різних речовин і сприяють формуванню уявлень про форму молекули, ізомерію тощо. Моделі атомів повинні мати кольорове кодування та кількість не менше:
- моделі атомів Гідрогену (оранжевий) — 20;
- моделі атомів Карбону sp3 (чорний) — 6;
- моделі атомів Карбону sp2 (чорний) — 6;
- моделі атомів Карбону sp2, «бензеновий» (чорний) — 6;
- моделі атомів Карбону sp (чорний) — 2;
- моделі атомів Оксигену для двох одинарних або одного подвійного зв'язку (блакитний) — 4;
- моделі атомів нітрогену амоніачного для йону амонію та для нітрогрупи (темно-синій або фіолетовий) — 3;
- моделі атомів Хлору (зелений) — 2;
- моделі атомів Сульфуру (жовтий) — 1.
- Набір моделей атомів для складання моделей молекул (роздатковий)
-
Для моделювання молекул неорганічних і органічних сполук. Склад: кольорові кульки — моделі атомів, стержні для моделювання різних видів зв'язків. У моделях атомів під певним кутом повинні бути отвори для кріплення стержнів, що сприяє досягненню під час моделювання певних валентних кутів і направленості зв'язків, необхідної форми і структури моделі молекули. Моделі атомів повинні маюти відповідне кольорове кодування та мати кількість не менше:
- моделі атомів Гідрогену (білий) — 12;
- моделі атомів Карбону (чорний) — 6;
- моделі атомів Оксигену (червоний) — 6;
- моделі атомів Хлору (бром, йод) (зелений) — 2;
- моделі атомів Нітрогену (синій) — 2;
- моделі атомів Сульфуру (жовтий) — 8;
- моделі атомів одновалентного елемента (сірий) — 2;
- моделі атомів двовалентного елемента (сірий) — 2;
- моделі атомів тривалентного елемента (темно-сірий) — 2.