В научном химическом познании широко используются разнообразные модели химических объектов и метод моделирования. Необходимость модельного метода в химии вызвана тем, что объекты и явления микромира недоступны непосредственному исследованию. Модель – промежуточное звено между реальными веществами, частицами, процессами и идеальными понятиями, отражающими эту реальность. Модели выполняют действия замещения и упрощения реальных объектов.
Можно выделить геометрические, аналоговые, математические и другие модели. Простейшую модель молекулы, атома, химической реакции можно изобразить на плоскости в виде рисунка, структурной формулы или химического уравнения. Однако двухмерный рисунок атома молекулы не дает полного представления о пространственном расположении электронных орбиталей в атоме и атомов в молекуле. Предлагаемые для школ наглядные пособия – объемные и шаростержневые модели – передают только направление связи, но не показывают строение атома: форму орбиталей, направление, углы. В связи с этим возникла идея создания самодельных орбитальных моделей как учебных пособий, которые не имеют вышеизложенных недостатков.
Материал нашёлся довольно быстро - это пластик, нитки. Пластик довольно гибкий материал, из него можно легко делать орбитальные модели атомов, молекул. Однако где его взять? Первоначально это были мягкие пластинки для проигрывателя, затем отмытые рентгеновские снимки, сейчас проще, плёнку разных цветов можно купить в магазине канцелярских товаров. Предлагаю вашему вниманию некоторые модели.
На модели атома фтора хорошо видны сферическая форма s-орбитали и гантелеобразная форма p-орбиталей, углы, направление (рисунок 1).
Рисунок 1
На рисунке 2 показана модель молекулы фтора, на которой хорошо видно перекрывание Р-орбиталей, сигма связь.
Рисунок 2
В моделях более сложных молекул этилена (рисунок 3), ацетилена (рисунок 4) можно увидеть вид гибридизации атомов углерода, cигма, π-связь, углы между связями.
Рисунок 3
Рисунок 4
На модели молекулы бензола можно увидеть даже перекрывание шести p-орбиталей – сопряжённую π-связь (рисунок 5).
Рисунок 5
Однако модель молекулы метана изготовить не удается, так как сложно получить из пластика угол 109°. У моделей из данного материала есть один недостаток – они передают форму, но не имеют объема.
Всех этих недостатков лишены модели из ниток, с помощью них можно показать объём, форму орбиталей, направление, углы.
На примере модели атома фтора мы видим объёмную форму s- и p-орбиталей и их взаимное проникновение (рисунок 6).
Рисунок 6
А на модели молекулы метана наблюдаем не только форму гибридных орбиталей, углы, но и перекрывание орбиталей (рисунок 7).
Рисунок 7
Изготовление орбитальных моделей.
Изготовить модели из пластика довольно просто. Конструируем детали на бумаге, вырезаем их из пластика и скрепляем скотчем (рисунок 8).
Рисунок 8
Для изготовления модели s-орбитали из ниток надуваем шарик, нитки пропускаем через клей и наматываем на шарик. Оставляем сушить. Затем протыкаем шарик, спускаем, удаляем, остаётся сферический каркас из ниток (рисунок 9).
Рисунок 9
При изготовлении р-орбитали нужно к палочке привязать два одинаковых шарика, а при гибридной орбитали – шарики разных размеров (рисунок 10). Соединив детали, получим модели атомов или молекул.
Рисунок 10
Использование предлагаемых мною моделей на уроках химии дает возможность более наглядно представить учащимся строение вещества, так как обладают важными свойствами: общностью с оригиналом, объективностью, упрощенностью, наглядностью, функциональностью. Благодаря этому эффективность работы на уроке повышается, изучаемый материал становится более доступным и интересным.