DE102011120272A1 - Molekülbaukasten - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Valenzelektronenmodell in Form eines Molekülbaukastens sowie dessen Verwendung in Kindergärten als Spielzeug zum frühen Lernen und zu Lehrzwecken an Schulen und Universitäten als Molekülbaukasten. Der Molekülbaukasten zeichnet sich dadurch aus, dass vorzugsweise jedes zu einer chemischen Bindung befähigte Elektron durch ein Radikalneutral-Anbringungselement dargestellt wird, jede Plusladung mit Plusladungs-Anbringungselementen und jede Minusladung mit Minusladungs-Anbringungselementen dargestellt werden. Freie Elektronenpaare werden als Paar von zwei Elektronendarstellungen in Form einer Elektronenpaardarstellung dargestellt. Bindungskräfte zwischen Elektronenpaaren und Atomgrundkörpern werden durch Elektronenpaar-Anbringungselemente und Atomgrundkörper-Anbringungselemente dargestellt. Atomdarstellungen eines jeden Elements haben dann einen individuellen charakteristischen Satz an Elektronendarstellungen und den oben genannten Bindungselementen, an denen sich die charakteristischen chemischen Eigenschaften eines jeden Elementes festmachen. Dadurch ist es zum ersten mal möglich ein Atom bzw. ein Element als Einheit in all seinen Eigenschaften insbesondere aller seiner Bindungsmöglichkeiten zu begreifen. Lewis Formeln können direkt von den dargestellten Elementen und Molekülen erkannt und abgezeichnet werden.

Description

  • Inhaltsverzeichnis
    • 1.0 Kurzbeschreibung Molekülbaukasten
    • 1.1 Begriffsdefinitionen
    • 2.0 Stand der Technik
    • 3.0 Atomgrundkörper
    • 4.0 Darstellung kovalente Bindung Radikalneutral-Anbringungselemente
    • 4.1 Technische Ausführung Radikalneutral-Anbringungselemente
    • 4.2 Freie Radikale
    • 5.0 Herausnehmbare Elektronen Ladungstrennung
    • 6.0 Darstellung Freie Elektronenpaare
    • 6.1 Darstellung zwischenmolekularer Kräfte durch Elektronenpaar- Anbringungselemente und Atomgrundkörper-Anbringungselemente.
    • 6.2 Trennen der gegenseitigen Anbringung von zwei Radikalneutral- Anbringungselementen innerhalb einer Elektronenpaardarstellung
    • 6.3 Ladungstrennung innerhalb von Elektronenpaardarstellungen
    • 7.0 Elektronenpaar-Anbringungselemente und Atomgrundkörper- Anbringungselemente
    • 7.1 Wasserstoffbrücke des Wasserstoffatoms
    • 7.2 Koordinationsbindungsstellen von Komplexen, Lewis Säuren und Basen
    • 7.3 Ionenbindung
    • 7.4 Technische Ausführung der Elektronenpaar-Anbringungselemente und der Atomgrundkörper-Anbringungselemente
    • 8.0 Figurenbeschreibung
    • 9.0 Patentansprüche
    • 10.0 Zusammenfassung
    • 11.0 Figuren
  • 1.0 Kurzbeschreibung Molekülbaukasten
  • Die Erfindung betrifft ein Valenzelektronenmodell in Form eines Molekülbaukastens sowie dessen Verwendung in Kindergärten als Spielzeug zum frühen Lernen und zu Lehrzwecken an Schulen und Universitäten als Molekülbaukasten. Der Molekülbaukasten zeichnet sich dadurch aus, dass vorzugsweise jedes zu einer chemischen Bindung befähigte Elektron durch ein Radikalneutral-Anbringungselement dargestellt wird, jede Plusladung mit Plusladungs-Anbringungselementen und jede Minusladung mit einem Minusladungs-Anbringungselement dargestellt werden. Freie Elektronenpaare werden als Paar von zwei Elektronendarstellungen in Form einer Elektronenpaardarstellung dargestellt. Bindungskräfte zwischen Elektronenpaaren und Atomgrundkörpern werden durch Elektronenpaar-Anbringungselemente und Atomgrundkörper-Anbringungselemente dargestellt. Atomdarstellungen eines jeden Elements haben dann einen individuellen charakteristischen Satz an Elektronendarstellungen und den oben genannten Anbringungselementen, an denen sich die charakteristischen chemischen Eigenschaften eines jeden Elementes festmachen. Lewis Formeln können direkt von den dargestellten Atomen und Molekülen erkannt und abgezeichnet werden. Der erfindungsgemäße Molekülbaukasten verwendet somit 5 Arten von Anbringungselementen.
  • 1.1 Begriffsdefinitionen
  • Allgemeingültige chemische Begriffe:
  • Allgemeingültige Begriffe der Chemie wie z. B. Minusladung, Plusladung, Atome, Elektronen, Bindungen, freie Elektronenpaare beschreiben keine Teile des Molekülbaukastens sondern wirkliche atomare Strukturen von Atomen und Molekülen.
  • Erfindungsrelevante Darstellungsformen der Atome und deren Teile:
  • Sobald von Darstellungen gesprochen wird, handelt es sich um Teile des Molekülbaukastens, z. B. Darstellung eines Wassermoleküls wäre dementsprechend eine Sauerstoffatomdarstellung, an die zwei Wasserstoffatomdarstellungen angebracht sind.
  • Atomgrundkörper (Kap. 3, 4, 5, 23–40) dienen in dem Molekülbaukasten als Symbol für Atomrümpfe, die sowohl die Bausteine der Atomkerne als auch die Elektronen der inneren Schalen und die ggf. chemisch nicht relevanten Elektronen der äußeren Schale umfassen. Atomgrundkörper sind in der bevorzugten Ausführungsform durch Kugeln oder polyedrische Körper dargestellt.
  • Anbringungselemente sind Elemente, die gegenseitige Anheftung von Teilen des Molekülbaukastens erlauben, die auch wieder gelöst werden können. Diese Anbringungen stellen in der Regel Bindungen, Kräfte und Wechselwirkungen zwischen den verschieden Atomen dar. Die gegenseitige Anbringung der Anbringungselemente kann auf unterschiedlichsten Steck-, Haft- oder Anbringungsprinzipien basieren. Die konkrete Ausführung der Steck-, Haft- oder Anbringungsprinzipien, d. h. ob Stecker, Magnete, Klettverschlüsse oder der gleichen eingesetzt werden, ist nicht erfindungswesentlich, sondern die Zuordnung eines bestimmten Anbringungsprinzips zu einer chemischen Bindung (z. B. kovalent oder ionisch) oder chemischen Wechselwirkung (z. B. H-Brücken) sowie die Kompatibilität der Anbringungsprinzipien untereinander. In einer bevorzugten Ausführungsform werden unterschiedliche Kräfte, Bindungen oder Wechselwirkungen durch unterschiedliche Steck- Haft- oder Anbringungsprinzipien dargestellt.
  • Ein Plusladungs-Anbringungselement (Kap. 5.0, 5.1, 4, 5) stellt die Plusladungen der Atomgrundkörper dar. Ein Minusladungs-Anbringungselement (Kap. 5.0, 5.1, 7, 8) stellt die negativen Ladungen der Elektronendarstellungen dar. Jeweils ein Plusladungs-Anbringungselement und ein Minusladungs-Anbringungselement können gegenseitig angebracht bzw. miteinander verbunden werden. Wenn ein Plusladungs-Anbringungselement und ein Minusladungs-Anbringungselement gegenseitig angebracht sind, dann stellt dies eine Neutralisierung der Ladung dar. Die gegenseitige Anbringung von Plusladungs-Anbringungselementen und Minusladungs-Anbringungselementen ist auf einem männlich/weiblich Anbringungsprinzip basiert. Dies können entweder Steckkontakte mit Stiften und Aussparungen (gemäß dem Prinzip von Stecker und Steckdose), Magnete mit Nordpol und Südpol, Klettverschlüsse mit Haken und Schlaufen, Geckohaftungen mit Saugnäpfen und Flächen, Verbindungen aus Haken mit Ösen oder Anbringungselemente, die auf sonst wie gearteten anderen männlich/weiblich Anbringungsprinzipien beruhen sein.
  • Plusladungs-Anbringungselemente sind in der bevorzugten Ausführungsform permanent an den Atomgrundkörpern befestigt. Minusladungs-Anbringungselemente sind permanent an Elektronendarstellungen befestigt. Dabei kann die als weiblich definierte Seite des Anbringungsprinzips entweder jeweils immer auf der Seite der Atomgrundkörper und dann folglich die als männlich definierte Seite jeweils immer auf der Seite der Elektronendarstellungen liegen oder die als männlich definierte Seite jeweils immer auf der Seite der Atomgrundkörper und dann folglich die als weiblich definierte Seite jeweils immer auf der Seite der Elektronendarstellungen liegen. Insbesondere können Plusladungs-Anbringungselemente und Minusladungs-Anbringungselemente in der bevorzugten Ausführungsform nicht an Radikalneutral-Anbringungselemente, Atomgrundkörper-Anbringungselemente und Elektronenpaar-Anbringungselemente des Molekülbaukastens angebracht werden, um zu demonstrieren, dass es sich dabei jeweils um vollständig andere Bindungen und Kräfte handelt. Hingegen kann jedes Plusladungs-Anbringungselement eines jeden Atomgrundkörpers mit jedem Minusladungs-Anbringungselement verbunden werden, wobei Minusladungs-Anbringungselemente untereinander und Plusladungs-Anbringungselemente untereinander nicht verbunden werden können.
  • Die Atomgrundkörper-Anbringungselemente (Kap. 7.0, 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 31–40) stellen die Koordinationspositionen der Atomrümpfe dar, an denen Elektronenpaardarstellungen über ihr Elektronenpaar-Anbringungselement angebracht werden können. Ein Elektronenpaar-Anbringungselement (Kap. 6.0, 23–24) stellt an Elektronenpaardarstellungen die Positionen dar, mit denen sie den Atomgrundkörper-Anbringungselementen angebracht werden können. Jeweils ein Atomgrundkörper-Anbringungselement und ein Elektronenpaar-Anbringungselement können gegenseitig angebracht oder miteinander verbunden werden. Die gegenseitige Anbringung von Elektronenpaar-Anbringungselementen und Atomgrundkörper-Anbringungselementen ist auf einem männlich/weiblich Anbringungsprinzip basiert. Dies können entweder Kugelkupplungen mit Kugel und Kugelhalterung, Steckkontakte mit Stiften und Aussparungen (gemäß dem Prinzip von Stecker und Steckdose), Magnete mit Nordpol und Südpol, Klettverschlüsse mit Haken und Schlaufen, Geckohaftung mit Saugnäpfen und Flächen, Verbindungen aus Haken mit Ösen oder Anbringungselemente, die auf sonst welchen anderen männlich/weiblich Anbringungsprinzipien beruhen sein.
  • Die Atomgrundkörper-Anbringungselemente sind bevorzugt permanent an einzelnen oder mehreren Stiften befestigt. Diese Stifte, die die Atomgrundkörper-Anbringungselemente tragen, können an der anderen Seite mit einem Kippgelenk an dem Atomgrundkörper befestigt sein. Die Befestigung kann bei Metallatomdarstellungen so gestaltet sein, dass sich mit den sechs ausklappbaren Elektronenpaar-Kupplungsaussparungen die wichtigsten Koordinationsformen, tetragonal-bipyramidal, trigonal-bipyramidal, tetraedrisch, tetragonal-planar und trigonal-planar darstellen lassen (Kap. 7.1–7.4, wie z. B. in 37–40 mit der bevorzugten Ausführung mit Elektronenpaarkupplungsaussparungen dargestellt).
  • Elektronenpaar-Anbringungselemente sind in der bevorzugten Ausführungsform permanent an Elektronenpaardarstellungen oder Stiften befestigt, die an dem Atomgrundkörper befestigt werden können. Dabei kann die als weiblich definierte Seite entweder jeweils immer auf der Seite der Atomgrundkörper und die als männlich definierte Seite jeweils auf der Seite der Elektronendarstellungen liegen oder die als männlich definierte Seite entweder jeweils immer auf der Seite der Atomgrundkörper und die als weiblich definierte Seite jeweils auf der Seite der Elektronendarstellungen liegen. Atomgrundkörper-Anbringungselemente und Elektronenpaar-Anbringungselemente können in der bevorzugten Ausführungsform nicht an Radikalneutral-Anbringungselemente, Plusladungs-Anbringungselemente und Minusladungs-Anbringungselemente des Molekülbaukastens angebracht werden, um zu demonstrieren, dass es sich dabei jeweils um vollständig andere Bindungen und Kräfte handelt.
  • Radikalneutral-Anbringungselemente (Kap. 4.0, 4.1, 4.2, 1, 2, 3, 6, 8, 16, 17, 18) sind die Stellen mit denen sich Elektronendarstellungen gegenseitig miteinander verbinden lassen. Entscheidend ist dabei, dass jedes Radikalneutral-Anbringungselement einer Elektronendarstellung mit jedem beliebigen anderen Radikalneutral-Anbringungselement anderer Elektronendarstellungen des Molekülbaukastens verbunden werden kann. Bei dem Radikalneutral-Anbringungselement handelt es sich entweder um Radikalneutral-Stecker mit geometrisch angeordneten Stiften und Aussparungen für die Aufnahme und Einführung der Stifte eines zweiten Radikalneutral-Steckers, oder um Neutralklettverschlüsse mit Schlaufen und Haken jeweils an beiden Klettverschlüssen, d. h. die Schlaufen und Haken sind auf jeweils beiden Seiten direkt nebeneinader angeordnet bzw. auf jeweils beiden Seiten in geometrischen Mustern abwechselnd angeordnet, oder um Neutralmagnetverbindungen bei denen sich Nordpole und Südpole auf jeweils beiden Seiten in geometrischen Mustern abwechseln, oder um Neutralgeckohaftstecker bei denen sich Saugnäpfe und Haftflächen auf jeweils beiden Seiten befinden und vorzugsweise in geometrischen Mustern abwechseln, oder um Bajonettverschluss-Schlauchkupplungen mit verschiedenen möglichen Anzahlen von ineinandergreifenden Schienen oder Anbringungselemente, oder um auf weiteren denkbaren neutralen Anbringungs- oder Haftprinzipien basierenden Verbindungsmöglichkeiten. Die Radikalneutral-Anbringungselemente sind dadurch gekennzeichnet, dass jedes Radikalneutral-Anbringungselement mit jedem anderen Radikalneutral-Anbringungselement verbunden werden kann. Somit liegt hier eben kein weiblich/männlich Prinzip vor, sondern jeweils zwei beliebige Radikalneutral-Anbringungselemente können miteinander verbunden werden. Die Radikalneutral-Anbringungselemente sind somit untereinander beliebig kombinierbar. In der bevorzugten Ausführungsform können Radikalneutral-Anbringungselemente nur an andere Radikalneutral-Anbringungselemente und nicht an Plusladungs-Anbringungselemente, Minusladungs-Anbringungselemente, Atomgrundkörper-Anbringungselemente und Elektronenpaar-Anbringungselemente des Molekülbaukastens angebracht werden, um zu demonstrieren, dass es sich dabei jeweils um vollständig andere Bindungen und Kräfte handelt.
  • Elektronendarstellungen (Kap. 5.0, 5.1, 1, 2, 3, 8, 9, 10, 26, 27, 33) tragen jeweils ein Radikalneutral-Anbringungselement und sind entweder als festsitzende Elektronendarstellungen fest an dem Atomgrundkörper befestigt oder können als herausnehmbare Elektronendarstellungen mit ihrem Minusladungs-Anbringungselement an Plusladungs-Anbringungselementen von Atomgrundkörpern angebracht werden. In der bevorzugten Ausführungsform gibt es verschiedene Arten von festsitzenden Elektronendarstellungen:
    • – Als einzelne Elektronendarstellung in der das Radikalneutral-Anbringungselement über ein flexibles Bindungsröhrchen oder direkt fest an dem Atomgrundkörper befestigt ist.
    • – Elektronendarstellung als Teil von Elektronenpaardarstellungen, in der das Radikalneutral-Anbringungselement an einem Kippelement befestigt ist, welches in einer Gabel mit einem Stift eingehängt ist, um den das Kippgelenk sich drehen kann, welcher über ein flexibles Bindungsröhrchen fest an dem Atomgrundkörper befestigt ist.
  • Herausnehmbare Elektronendarstellungen (Kap 5.0, 8, 27, 33) sind vorzugsweise ein Bauteil des Molekülbaukastens und tragen ein Radikalneutral-Anbringungselement und ein Minusladungs-Anbringungselement. Diese beiden Anbringungselemente können entweder direkt oder über ein Verbindungsröhrchen oder ein flexibles Verbindungsröhrchen fest miteinander verbunden sein. Diese erfindungsgemäße Elektronendarstellung besteht somit aus einem Radikalneutral-Anbringungselement verbunden mit einem Minusladungs-Anbringungselement.
  • Elektronenpaardarstellungen (Kap. 6.0, 22–29) werden in der bevorzugten Ausführungsform als Verbindung von zwei Elektronendarstellungen, die herausnehmbar an einem Atomgrundkörper angebracht oder permanent befestigt sind dargestellt.
  • Radikalneutral-Stecker sind bevorzugte Ausführungsformen der Radikalneutral-Anbringungselemente (Kap. 4.0, 4.1, 4.2, 1, 2, 3, 6, 8, 9, 10, 16–22). Radikalneutral-Stecker bestehen aus einer Vielzahl von Stiften, die auf einer Scheibe angebracht sind (wie z. B. in den Ausführungsformen der 1, 2, 3, 6, 8, 12–15 dargestellt ist) und zwischen den Stiften liegen Aussparungen, welche ungefähr das gleiche Volumen wie die Stifte haben und zur Aufnahme der Stifte eines anderen oder zweiten Radikalneutral-Steckers geeignet sind. Jeder Radikalneutral-Stecker besitzt vorzugsweise eine Unterteilung in Form von Stiften und Aussparungen, welche einen Stift, zwei Stifte, drei Stifte, vier Stifte, fünf Stifte, sechs Stifte, sieben Stifte, acht Stifte, neun Stifte, zehn Stifte, elf Stifte, zwölf Stifte, dreizehn Stifte, vierzehn Stifte, fünfzehn Stifte, sechzehn Stifte, siebzehn Stifte, achtzehn Stifte oder eine höhere Anzahl an Stiften aufweist. Insbesondere bevorzugt sind drei, sechs, neun, zwölf Stifte oder eine Anzahl von Stiften, welches ein Vielfaches von drei ist. Die Stifte sind zudem vorzugsweise kranzförmig auf einer Kreisscheibe angeordnet und stehen vorzugsweise senkrecht auf dieser Kreisscheibe. Damit ist auch verbunden, dass die Stifte vorzugsweise zum Mittelpunkt der Kreisscheibe hin spitz zulaufen (z. B. in der bevorzugten Ausführungsform mit 6 Stiften in 1, 2, 3, 6, 8 dargestellt). Die Stifte eines Radikalneutral-Steckers können neben der bevorzugten kranzförmigen Ausführung auch so auf einer Scheibe angeordnet werden, dass die Stifte der einen Steckerseite auf den Positionen der schwarzen Felder eines Schachfeldmusters liegen und die Aussparungen auf den Positionen der weißen Felder eines solchen Schachfeldmusters (15). Eine weitere mögliche Anordnung für die Stifte des Radikalneutral-Steckers hat gleichseitige Dreiecke als Grundmuster der Positionen der Stifte, bei dem jeder Stift an bis zu sechs Dreiecken beteiligt ist und ein zusammenhängendes Muster an gleichseitigen Dreiecken entsteht (14).
  • Der maßstabsgetreue effektive Bindungsabstand und der effektive anteilige Bindungsabstand werden in Kap 4.0 und den 16 und 18 beschrieben.
  • Minusladungs-Stecker sind eine bevorzugte Ausführungsform der Minusladungs-Anbringungselemente (Kap. 5.0, 5.1, 7, 8) und bestehen aus einem oder mehreren Stiften, die an dem flexiblen Element der Elektronendarstellung angebracht sind. Die Stifte haben bevorzugt eine Geometrie und weiter bevorzugt eine Drehsymmetrie. Die Drehsymmetrie beträgt vorzugsweise ein Vielfaches von drei. Insbesondere bevorzugt ist die Ausführungsform mit einer d6-Drehsymmetrie. Minusladungs-Stecker können auch als Kugel einer Kugelkupplung ausgestaltet werden.
  • Plusladungs-Stecker sind eine bevorzugte Ausführungsform der Plusladungs-Anbringungselemente (Kap. 5.0, 5.1, 4, 5, 27, 33, 37–40) und werden als Aussparung dargestellt, die den oder die Stifte des Minusladungs-Steckers aufnehmen kann und deswegen auch dieselbe Drehsymmetrie wie der Minusladungs-Stecker besitzen sollte (4, 5). Dementsprechend kann der Plusladungsstecker auch eine Aufnahme oder Aussparung für die Ansteckung der Kugel des Minusladungs-Steckers sein. Neben diesen bevorzugten Ausführungsformen der Minusladungs-Stecker und Plusladungs-Stecker kann die als weiblich definierte Seite entweder jeweils immer auf der Seite der Atomgrundkörper und die als männlich definierte Seite jeweils auf der Seite der Elektronendarstellungen liegen oder die als männlich definierte Seite des Anbringungsprinzips entweder auf der Seite der Atomgrundkörper und die als weiblich definierte Seite jeweils auf der Seite der Elektronendarstellungen liegen.
  • Elektronenpaar-Kupplungsstecker ist die bevorzugte Ausführungsform der Elektronenpaar-Anbringungselemente (Kap. 6.0, 23, 24), die vorzugsweise als Kugel einer Kugelkupplung ausgestaltet werden. Neben dieser bevorzugten Ausführungsform können die Stecker der Elektronenpaar-Kupplungsstecker auch durch einzelne oder mehrere Stifte dargestellt werden.
  • Atomgrundkörper-Kupplungsstecker ist die bevorzugte Ausführungsform der Atomgrundkörper-Anbringungselemente (Kap. 7.0, 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 31–40), die vorzugsweise als Kugelfassung einer Kugelkupplung dargestellt werden. Neben dieser bevorzugten Ausführungsform können die Stecker der Elektronenpaar-Kupplungsstecker auch als Aussparung oder Aussparungen, die ggf. zu Stiften der Elektronenpaar-Kupplungsstecker passen dargestellt werden.
  • Neben diesen bevorzugten Ausführungsformen der Atomgrundkörper-Kupplungsstecker und Elektronenpaar-Kupplungsstecker kann die als weiblich definierte Seite entweder jeweils auf der Seite der Atomgrundkörper und die als männlich definierte Seite jeweils auf der Seite der Elektronenpaardarstellungen liegen oder die als männlich definierte Seite des Anbringungsprinzips entweder jeweils auf der Seite der Atomgrundkörper und die als weiblich definierte Seite jeweils auf der Seite der Elektronenpaardarstellungen liegen.
  • 2.0 Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik sind mehrere Molekülbaukästen bekannt, mit denen sich allerdings nur sehr undetaillierte Moleküle darstellen lassen. In diesen Atommodellen werden die Positionen der Atome richtig wider gegeben, aber die Elektronen und deren Bindungen und Anziehungskräfte und die Anziehungskräfte der Kerne und Ladungen werden nur unzureichend dargestellt. Der von der Firma Cochranes vertriebene „Minit-Baukasten” der in den drei Versionen „Organische Chemie”, „Biochemie” und „Anorganische Chemie und Kristallchemie” existiert, besitzt zwar die übliche Farbkodierung der Elemente, jedoch wird mit diesem Lernspielzeug nur ein unzureichendes Verständnis von Bindungsverhältnissen in chemischen Molekülen offenbart. Um eine korrekte Bindungslänge zwischen zwei verschiedenartigen Atomsorten darstellen zu können, müssen die Verbindungsröhrchen etwa mit einem Messer oder einer Schere zugeschnitten werden. Eine maßstabsgetreue Abbildung von Bindungslängen kann somit nur durch aktives Verhalten des Benutzers vor der Konstruktion eines Moleküls erreicht werden. Ein weiteres großes Problem ist die Darstellung von Ionen, Komplexverbindungen Wasserstoffbrücken. Bei dem erwähnten Cochranes-System werden die Bindungsverhältnisse in zum Beispiel Borverbindungen nur unzureichend mit trigonal-planaren Atomzentren dargestellt und somit die eigentlichen Bindungsverhältnisse nicht richtig wiedergegeben. Zudem sind alle Steckverbindungen mit männlich/weiblich-Steckern ausgestattet, welchen zudem nicht einmal chemische Funktionen zugeordnet werden können.
  • Neben dem eben erwähnten Minit-Molekülbaukastensystem offenbart das US-Patent US 5030103 nur rudimentäre Bauteile für die Konstruktion von einfachen Moleküldarstellungen, so zum Beispiel einen pentagonalen-bipyramidalen Grundkörper mit fixierten Axialpositionen, wobei die Atome der Äquatorialebene in Richtung der beiden Axialpunkte verschoben werden können. Mit diesem Molekülbaukasten können einfache Reaktionssequenzen dargestellt werden. Es ist möglich, einzelne Schritte einer nukleophilen Substitution nach SN1 oder nach einem Mechanismus zweiter Ordnung (SN2) darzustellen. Somit sind zwar einfache dynamische Prozesse darstellbar, aber mit diesem Modell können nur unzureichend die chemischen Bindungen zwischen zwei Atomen erklärt werden.
  • Daneben existieren Lernspielzeuge, die sich darauf fokussiert haben, spezielle Gebiete der Chemie abzudecken. So offenbart US 4014110 A ein Kristallgittersystem und WO 2006080871 A1 zeigt anschaulich den Aufbau von Atomen, wobei Elektronen, Protonen und Neutronen dargestellt werden.
  • Bei allen Molekülbaukästen wird ein grundlegendes Verständnis der Elektronenpaarbindung oder einer ionischen Bindung nur oberflächlich angedeutet oder gar nicht dargestellt. Alle vorgenannten Molekülbaukästen sind nur unzureichend in der Lage dem Lernenden den Zusammenhang zwischen freien Elektronen bzw. freien Elektronenpaaren sowie der Anzahl von Bindungen, der Koordinationszahl als auch der räumlichen Anordnung der Reste, d. h. der sterischen Anordnung zu vermitteln.
  • Die Aufgabe der Erfindung liegt somit darin, einen für alle Altersgruppen geeigneten Molekülbaukasten in Form eines Valenzelektronenmodells zur Verfügung zu stellen, der die grundlegenden Bauprinzipien von chemischen Verbindungen und einfachen Reaktionsmechanismen anschaulich zur Darstellung bringen kann. Vor allem soll der Zusammenhang zwischen Elektronen und deren Kräften und Atomkernen und deren Kräften und deren gemeinsames Zusammenspiel dargestellt werden. Insbesondere soll dabei auch die Bindung zwischen zwei Elektronen zur Bildung von bindenden und nichtbindenden Elektronenpaaren, die Bindungen zwischen einzelnen Elektronen mit Atomkernen in Form von Plus-Minus-Ladungswechselwirkungen und zwischen Elektronenpaaren mit Atomkernen in Form von Wasserstoffbrückenbindungen, Lewis Saure Base Wechselwirkungen, Komplexverbindungen und Ionenbindungen veranschaulicht werden.
  • Diese Aufgabe wird durch die technische Lehre der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung, den Figuren sowie den Beispielen angegeben.
  • Beschreibung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Molekülbaukasten umfassend Elektronendarstellungen und Atomgrundkörperdarstellungen, wobei eine kovalente chemische Bindung durch ein Verbinden zweier Radikalneutral-Anbringungselemente dargestellt wird, wobei es sich bei dem Radikalneutral-Anbringungselement um ein Anbringungselementtyp handelt, der mit jedem anderen Anbringungselement dieses Typs verbunden werden kann.
  • Erfindungsgemäß handelt es sich bei einem Radikalneutral-Anbringungselement um ein Anbringungselement, das eben nicht dem Plus-Minus- oder männlich/weiblich Prinzip folgt, sondern so ausgestaltet ist, dass nur ein Anbringungselementtyp existiert und dieses Anbringungselement mit jedem anderen Anbringungselement dieses Typs verbindbar ist.
  • Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Molekülbaukasten umfassend Elektronendarstellungen (8), wobei jede Elektronendarstellung aus einem Radikalneutral-Anbringungselement (22) verbunden mit einem Minusladungs-Anbringungselement besteht, wobei es sich bei dem Radikalneutral-Anbringungselement um ein Anbringungselementtyp handelt, der mit jedem anderen Anbringungselement dieses Typs verbunden werden kann und es sich bei dem Minusladungs-Anbringungselement um einen männlich/weiblich Anbringungselementtyp handelt, der nur mit dem entsprechenden Gegenanbringungselement, dem Plusladungs-Anbringungselement, verbunden werden kann.
  • Es ist bisher kein Molekülbaukasten bekannt, worin ein Bauteil vorhanden ist, welches ein Elektron darstellt. Der erfindungsgemäße Molekülbaukasten stellt zum ersten Mal Elektronendarstellungen bereit, welche durch ein Radikalneutral-Anbringungselement zur Darstellung des Elektrons bzw. des Radikals und durch ein Minusladungs-Anbringungselement zum Symbolisieren der negativen Ladung dargestellt werden.
  • Das Elektron wird somit in der bevorzugten Ausführungsform dargestellt durch ein Radikalneutral-Anbringungselement in Form eines Radikalneutral-Steckers der mit irgendeinem Steckers dieses Typs kombiniert werden kann und einem Minusladungs-Anbringungselement in Form eines männlich Steckers oder eines weiblich Steckers einer männlich/weiblich Steckerkombination. Als männlich/weiblich Steckerkombination oder als männlich Stecker bzw. weiblich Stecker werden Stecker bezeichnet, welche nur mit dem entsprechenden Gegenstecker verbunden werden können wie z. B. ein USB-Stecker (männlich) der nur in die entsprechende USB-Buchse (weiblich) passt, wobei sich zwei USB-Stecker (männlich) oder auch zwei USB-Buchsen (weiblich) nicht miteinander verbinden lassen.
  • Vorzugsweise befindet sich zwischen dem Radikalneutral-Anbringungselement und dem Minusladungs-Anbringungselement der Elektronendarstellung ein flexibles oder biegbares Bindungsglied (19–22) in Form eines Rohres, Zylinders, Stabes oder einer Kette.
  • Erfindungsgemäß wird ein Radikal, eine positive Ladung, eine negative Ladung oder eine chemische Wechselwirkung durch unterschiedliche Anbringungselemente in der bevorzugten Ausführungsform in Form unterschiedlicher Stecker dargestellt, wobei nur die Stecker, welche ein Radikal darstellen miteinander aber nicht mit den anderen Steckertypen verbunden werden können. Hierbei handelt es sich um Neutralstecker, d. h. jeder Stecker dieses Typs kann mit jedem Stecker dieses Typs verbunden werden. Stecker, welche eine negative Ladung darstellen, können nur mit Steckern verbunden werden, welche eine positive Ladung darstellen aber nicht mit den anderen Steckertypen. Stecker, welche eine chemische Wechselwirkung darstellen, wie z. B. H-Brücken, Lewis Saure Base Wechselwirkungen, Komplexverbindungen und Ionenbindungen sind nur miteinander als männlich/weiblich-Stecker verbindbar aber nicht mit den anderen Steckertypen.
  • Somit wird vorzugsweise ein Radikal durch ein Radikalneutral-Anbringungselement, eine positive Ladung durch ein Plusladungs-Anbringungselement, eine negative Ladung durch ein Minusladungs-Anbringungselement und eine chemische Wechselwirkung durch ein Elektronenpaar-Anbringungselement und ein Atomgrundkörper-Anbringungselement dargestellt, wobei es sich bei dem Radikalneutral-Anbringungselement um ein Anbringungselementyp handelt, der mit jedem anderen Anbringungselement dieses Typs verbunden werden kann, es sich bei dem Plusladungs-Anbringungselement und dem Minusladungs-Anbringungselement um die beiden Anbringungselementtypen einer ersten männlich/weiblich Anbringungselementkombination handelt und es sich bei dem Elektronenpaar-Anbringungselement und dem Atomgrundkörper-Anbringungselement um die beiden Anbringungselementtypen einer zweiten männlich/weiblich Anbringungselementkombination handelt.
  • Somit lassen sich nur Radikalneutral-Anbringungselemente miteinander verbinden aber nicht mit den Minusladungs-Anbringungselementen oder den Plusladungs-Anbringungselementen oder den Elektronenpaar-Anbringungselementen oder den Atomgrundkörper-Anbringungselement. Ein Minusladungs-Anbringungselement lässt sich nur mit einem Plusladungs-Anbringungselement verbinden, nicht aber mit einem Radikalneutral-Anbringungselement, oder einem Elektronenpaar-Anbringungselement oder einem Atomgrundkörper-Anbringungselement. Ein Elektronenpaar-Anbringungselement lässt sich nur mit einem Atomgrundkörper-Anbringungselement verbinden nicht aber mit einem Radikalneutral-Anbringungselement oder mit einem Minusladungs-Anbringungselement oder mit einem Plusladungs-Anbringungselement.
  • Unter dem Begriff ”chemische Wechselwirkung” wird jegliche durch eine Art von Bindung darstellbare Wechselwirkung bezeichnet, welche keine Ladungstrennung und keine Ladungsvereinigung und keine Ausbildung oder Trennung einer kovalenten Bindung ist.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der Anbringungselementkombination aus Plusladungs-Anbringungselement und Minusladungs-Anbringungselement um einen Steckkontakt aus einem Stift und einer Aussparung, einem Magnet mit Nordpol und Südpol, einem Klettverschluß aus Haken und Schlaufen, einer Geckohaftung mit Saugnäpfen und Flächen, einer Verbindung aus einem Haken mit einer Öse, einer Plus-Minus-Steckverbindung oder einem anderen männlich/weiblich Anbringungsprinzip.
  • Ein männlich/weiblich Anbringungsprinzip verlangt immer zwei Arten von Anbringungselementen, welche miteinander verbunden werden können (z. B. Antennenkabel und Antennenbuchse, wo nur ein männlich Stecker mit einem weiblich Stecker verbunden werden kann).
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der Anbringungselementkombination aus Elektronenpaar-Anbringungselement und Atomgrundkörper-Anbringungselement um einen Steckkontakt aus einem Stift und einer Aussparung, einer Steckverbindung aus einer Kugel und einer Kugelfassung, einem Magnet mit Nordpol und Südpol, einem Klettverschluss aus Haken und Schlaufen, einer Geckohaftung mit Saugnäpfen und Flächen, einer Verbindung aus einem Haken mit einer Öse, einer Plus-Minus-Steckverbindung oder einem anderen männlich/weiblich Anbringungsprinzip.
  • Nur das Radikalneutral-Anbringungselement folgt nicht dem männlich/weiblich Anbringungsprinzip sondern einem neutralen Anbringungsprinzip, d. h. es existiert nur ein Anbringungselementtyp (Radikalneutral-Anbringungselement oder Null-Anbringungselement genannt) der mit jedem anderen Anbringungselement dieses Typs (d. h. mit jedem Radikalneutral-Anbringungselement oder Null-Anbringungselement) verbunden werden kann. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Radikalneutral-Anbringungselemente oder Null-Anbringungselemente als Radikalneutral-Stecker ausgeführt, wobei diese Stecker einer bestimmten Geometrie unterliegen, um ineinander greifen zu können.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der Anbringungselementkombination aus zwei Radikalneutral-Anbringungselementen um einen Steckkontakt aus zwei Steckern mit jeweils Stiften und Aussparungen für die Aufnahme der Stifte des jeweils anderen Steckers, um einen Neutralklettverschluss mit Schlaufen und Haken jeweils auf beiden Flächen des Neutralklettverschlusses, um eine Neutralmagnetverbindung, bei der sich Nordpole und Südpole auf jeweils beiden Magneten befinden, um einen Neutralgeckohaftstecker, bei dem sich Saugnäpfe und Haftflächen auf jeweils beiden Flächen des Neutralgeckohaftsteckers befinden, um eine Bajonettverschluss-Schlauchkupplung mit ineinandergreifenden Schienen an beiden Teilen der Bajonettverschluss-Schlauchkupplung, oder um ein anderen neutrales Anbringungs- oder Haftprinzip Bei dem Radikalneutral-Anbringungselement handelt es sich entweder um Radikalneutral-Stecker mit geometrisch angeordneten Stiften und Aussparungen für die Aufnahme und Einführung der Stifte eines anderen Radikalneutral-Steckers, oder um Neutralklettverschlüsse mit Schlaufen und Haken jeweils auf beiden miteinander verbindbaren Flächen des Klettverschlusses, d. h. die Schlaufen und Haken sind jeweils auf beiden miteinander verbindbaren Flächen angebracht, oder um Neutralmagnetverbindungen, bei denen sich Nordpole und Südpole auf jeweils beiden miteinander verbindbaren Magneten befinden, oder um Neutralgeckohaftstecker, bei denen sich Saugnäpfe und Haftflächen auf jeweils beiden miteinander verbindbaren Flächen befinden, oder um Bajonettverschluss-Schlauchkupplungen mit ineinandergreifenden Schienen oder Anbringungselementen an beiden miteinander verbindbaren Kupplungen, oder um auf weiteren denkbaren neutralen Anbringungs- oder Haftprinzipien basierenden Verbindungsmöglichkeiten.
  • Ein Plus-Minus-Haftprinzip oder ein Plus-Minus-Steckprinzipien bezeichnet dasselbe wie ein männlich/weiblich-Anbringungsprinzip, nämlich zwei Arten von Anbringungselementen, wobei nur zwei unterschiedliche aber nicht zwei gleiche Anbringungselemente miteinander verbindbar sind.
  • In der bevorzugten Ausführungsform ist das Radikalneutral-Anbringungselement als Radikalneutral-Stecker dargestellt und weist Stifte und Aussparungen (1) zwischen den Stiften auf, wobei die Aussparungen zur Aufnahme der Stifte eines zweiten Radikalneutral-Steckers dienen (3) und sich die Stifte entlang der Längsachse der Steckverbindung aus den beiden Radikalneutral-Stecker erstrecken (16–18).
  • Ferner ist vorzugsweise das Radikalneutral-Stecker als Kreisscheibe mit darauf senkrecht angeordneten Stiften ausgebildet (1).
  • Des weiteren ist vorzugsweise die Kreisscheibe mit den darauf senkrecht angeordneten Stiften drehbar um die Längsachse der Steckverbindung aus zwei Radikalneutral-Steckern ausgestaltet.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Molekülbaukasten lässt sich die Länge einer kovalenten Bindung (Einfachbindung, Doppelbindung und Dreifachbindung) und der Abstand einer chemischen Wechselwirkung maßstabsgetreu darstellen (16–18, 19–22).
  • Eine an einer Atomgrundkörperdarstellung vorhandene und zu chemischen Reaktionen befähigte Elektronenpaardarstellung wird vorzugsweise durch zwei miteinander verbundene Radikalneutral-Anbringungselemente dargestellt wird, die Teil von zwei Elektronendarstellungen sind, die an derselben Atomgrundkörperdarstellung angebracht oder befestigt sind. (23 und 26).
  • Ferner verfügt eine Atomdarstellung eines Elements vorzugsweise über so viele Radikalneutral-Anbringungselemente, wie dieses Element Valenzelektronen besitzt (41).
  • Bevorzugt ist zudem, wenn die durch zwei miteinander verbundene Radikalneutral-Anbringungselemente dargestellte Elektronenpaardarstellung an einer Atomgrundkörperdarstellung mit einer Verbindung aus einem Plusladungs-Anbringungselement und Minusladungs-Anbringungselement an der Atomgrundkörperdarstellung angebracht ist (29).
  • Ein Minusladungs-Anbringungselement wird vorzugsweise als Minusladungs-Stecker durch einen runden, dreieckigen, viereckigen, fünfeckigen, sechseckigen, neuneckigen oder zwölfeckigen farblich gekennzeichneten Stift (8 unten und 29 oben) und ein Plusladungs-Anbringungselement wird vorzugsweise als Plusladungs-Stecker durch eine runde, dreieckige, viereckige, fünfeckige, sechseckige, neuneckige oder zwölfeckige farblich gekennzeichneten Aussparung (4) zur Aufnahme des Stiftes dargestellt. Anhand der Farbe ist das Vorhandensein einer Ladung direkt zu erkennen und die positive als auch die negative Ladung verschwinden optisch bei dem Zusammenstecken des Plusladungs-Steckers mit einem Minusladungs-Stecker.
  • Zudem ist bevorzugt, wenn ein Radikalneutral-Anbringungselement über ein flexibles Bindungsglied (19–22) mit einer Atomgrundkörperdarstellung verbunden ist oder ein Radikalneutral-Anbringungselement über ein flexibles Bindungsglied mit einem Minusladungs-Anbringungselement verbunden ist (8). Als flexibles Bindungsglied dient ein flexibles oder biegbares Röhrchen oder ein flexibler oder biegbarer Stab. Bei der Ausbildung einer Doppelbindungsdarstellung (19, 21) zwischen zwei Atomdarstellungen werden dann zwei Radikalneutral-Anbringungselemente der einen Atomdarstellung mit zwei Radikalneutral-Anbringungselementen der anderen Atomdarstellung verbunden, wobei die Radikalneutral-Anbringungselemente durch das flexible Bindungsglied zueinander gebogen werden können, um sie dann zu verbinden. Durch dieses zueinander biegen verkürzt sich der Bindungsabstand der dargestellten Doppelbindung maßstabsgetreu im Vergleich zur Einfachbindungsdarstellung. Auf der gleichen Weise kann eine Dreifachbindung (20, 22) dargestellt werden, indem nochmals zwei Radikalneutral-Anbringungselemente über die flexiblen Bindungsglieder zueinander gebogen und dann miteinander verbunden werden. Dadurch ergibt sich eine weitere maßstabsgetreue Verkürzung der Dreifachbindungsdarstellung im Vergleich zur Doppelbindungsdarstellung.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Molekülbaukasten gelöst, der Atomdarstellungen mit gebundenen Elektronendarstellungen und Atomgrundkörpern als auch herausnehmbaren Elektronendarstellungen umfasst. Dabei werden die drei unterschiedlichen Anziehungskräfte, Bindungen bzw. Wechselwirkungen, nämlich kovalente Bindungen, Plusladungs- und Minusladungsvereinigung und Elektronenpaaranziehung durch Atomrümpfe sowie durch drei unterschiedliche Anbringungssysteme oder Verbindungssysteme gelöst. Kovalente Bindungen werden durch Radikalneutral-Anbringungselemente dargestellt. Vereinigungen von Plusladungen und Minusladungen werden durch Minusladungs-Anbringungselemente und Plusladungs-Anbringungselemente veranschaulicht. Wechselwirkungen von Atomrümpfen mit Elektronenpaaren werden durch Elektronenpaar-Anbringungselemente und Atomgrundkörper-Anbringungselemente dargestellt. Ein freies Elektron wird durch eine Elektronendarstellung, die aus einem Minusladungs-Anbringungselement verbunden mit einem Radikalneutral-Anbringungselement besteht dargestellt. Ein freies Elektron dargestellt durch die Kombination aus Minusladungs-Anbringungselement und einem Radikalneutral-Anbringungselement ist somit Bestandteil des erfindungsgemäßen Molekülbaukastens. Über das Minusladungs-Anbringungselement kann die Elektronendarstellung (d. h. die Darstellung des freien Elektrons) zum einen mit einem Atomgrundkörper verbunden werden und zum anderen über das Radikalneutral-Anbringungselement mit einer zweiten Elektronendarstellung zur Darstellung einer kovalenten chemischen Bindung vereinigt werden.
  • Freie Radikale und freie Elektronenpaare werden durch Radikalneutral-Anbringungselemente wie z. B. Radikalneutral-Stecker und kovalente Bindungen durch die Verbindung zweier Radikalneutral-Anbringungselemente wie z. B. zwei miteinander verbundene Radikalneutral-Stecker dargestellt. Die Radikalneutral-Anbringungselemente zeichnen sich dadurch aus, dass jedes Radikalneutral-Anbringungselement mit jedem anderen Radikalneutral-Anbringungselement verbunden werden kann. Technisch werden solche Verbindungen in der bevorzugten Ausführungsform z. B. durch Radikalneutral-Stecker realisiert, wobei jeder Radikalneutral-Stecker so ausgestaltet ist, dass er mit jedem anderen Radikalneutral-Stecker verbunden werden kann. Bevorzugt sind als Radikalneutral-Stecker ineinandergreifende Stifte oder dergleichen. Für die Herstellung einer Verbindung zweier Radikalneutral-Stecker bzw. Radikalneutral-Anbringungselemente wird kein weiteres Verbindungsmittel benötigt.
  • Ladungstrennungen von Plus- und Minus-Ladungen bzw. Ladungszusammenführungen werden durch Plusladungs-Anbringungselemente und Minusladungs-Anbringungselemente dargestellt, wobei diese Anbringungselemente zu einer männlich/weiblich-Verbindung führen, d. h. nur ein Plusladungs-Anbringungselement mit einem Minusladungs-Anbringungselement verbunden werden kann, jedoch zwei Plusladungs-Anbringungselemente oder zwei Minusladungs-Anbringungselemente nicht miteinander verbunden werden können.
  • Entscheidend für die Darstellung von Reaktionsmechanismen ist, dass es herausnehmbare Elektronendarstellungen mit sowohl Radikalneutral-Anbringungselementen und Minusladungs-Anbringungselementen gibt, die als Einheit zu erkennen sind. Alle herausnehmbaren Elektronendarstellungen des Molekülbaukastens sind in der bevorzugten Ausführungsform universell überall identisch und überall anders im Molekülbaukasten wieder einsetzbar. Durch das Trennen eines Minusladungs-Anbringungselementes von einem Plusladungs-Anbringungselement bildet sich eine erkennbare Minusladung und eine erkennbare Plusladung.
  • Erfindungsgemäß wird jedes Elektron eines Atoms, welches für eine chemische und vorzugsweise kovalente Bindungen zur Verfügung steht, durch ein Radikalneutral-Anbringungselement dargestellt. Sämtliche freien Elektronenpaardarstellungen einer Atomdarstellung sind mit ihren Anbringungselementen an den Atomgrundkörpern einer jeden Atomdarstellung dargestellt. Dadurch ist jede Elektronendarstellung und Elektronenpaardarstellung einem Atomgrundkörper eindeutig zuzuordnen und einzelne Atomdarstellungen sind als Einheit und Baustein zu erkennen. Jede Atomdarstellung trägt somit alle Elektronendarstellungen mit Ihren Anbringungselementen für die Darstellung sämtlicher Elektronenwechselwirkungen und der Atomgrundkörper trägt alle Anbringungselemente für die Darstellung von Atomrumpfwechselwirkungen.
  • 3.0 Atomgrundkörper
  • Um mit dem erfindungsgemäßen Molekülbaukasten Moleküle möglichst realitätsnah darzustellen, wird als Ausgangspunkt jeweils ein den Atomrumpf aus Protonen und Neutronen und nichtbindenden Elektronen der inneren Elektronenhülle bzw. chemisch nichtrelevante Elektronen der Metalle darstellender Atomgrundkörper gewählt. Die Grundform eines solchen Atomgrundkörpers kann z. B. eine Kugel, Tetraeder oder ein anderer Polyeder sein. Auf der Oberfläche dieser Körper sind Radikalneutral-Anbringungselemente (Kap 4.0), welche in der bevorzugten Ausführungsform durch Stifte mit Radikalneutral-Steckern dargestellt sind und vorzugsweise über flexible Elemente, tetraedrisch gruppiert an den Atomgrundkörpern angebracht sind, welche die zur Bindung befähigten Elektronen darstellen. Genauso sind in der bevorzugten Ausführungsform auf der Oberfläche Plusladungs-Anbringungselemente (Kap 5.0) dargestellt, an denen im neutralen Grundzustand der jeweiligen Elemente Elektronendarstellungen mit Ihren Minusladungs-Anbringungselementen (Kap 5.0) angebracht sind. Genauso sind in der bevorzugten Ausführungsform auf der. Oberfläche der Atomgrundkörper einiger der Nichtmetallatomdarstellungen Elektronenpaardarstellungen angebracht (Kap 6.0), welche freie Elektronenpaare darstellen. Diese Elektronenpaardarstellungen können in einigen Fällen zur Ausbildung von zwei Bindungsdarstellungen kovalenter Bindungen in der Lage sein und/oder über die Elektronenpaar-Anbringungselemente zur Anbringung an die Atomgrundkörper-Anbringungselemente befähigt sein und/oder unter Ladungsaufspaltung zum Aufklappen der Elektronenpaardarstellung und der anschließenden Anbringung an ein weiteres Plusladungs-Anbringungselement unter Ausbildung einer neuen Bindungsdarstellung befähigt sein ( ). Genauso sind in der bevorzugten Ausführungsform auf der Oberfläche einiger der Atomgrundkörper von Metallatomdarstellungen Atomgrundkörper-Anbringungselemente (Kap 7.0) dargestellt (38–40), die zur Anbringung an Elektronenpaardarstellungen der Nichtmetallatomdarstellungen dienen (23, 24).
  • Bei den Atomgrundkörpern der Atomdarstellungen der ersten Periode (41 (H und He)) gibt es in der bevorzugten Ausführungsform nur maximal zwei Positionen an denen Anbringungselemente angebracht sind. Dies entspricht den Gegebenheiten der Orbitalphysik dieser Elemente und wird zum ersten mal in dem erfindungsgemäßen Molekülbaukasten dargestellt. Bei der Heliumatomdarstellung ist lediglich auf einer Seite eine Elektronenpaardarstellung und bei der Wasserstoffatomdarstellung liegt auf der einen Seite des Atomgrundkörpers ein Plusladungs-Anbringungselement, an welches im neutralen Zustand eine Elektronendarstellung bindet und auf der anderen Seite liegt ein Atomgrundkörper-Anbringungselement, welches permanent befestigt ist. Bei den Atomdarstellungen der Elemente der höheren Perioden z. B. 2., 3., 4., 5. Periode sind die Anbringungselemente in der bevorzugten Ausführungsform auf der Oberfläche der Atomgrundkörper auf die Tetraederpositionen oder wenn notwendig auf die Positionen der Ecken einer quadratischen Bipyramide verteilt. Die Elemente können dabei Plusladungs-Anbringungselemente mit dazugehörigen Elektronendarstellungen, Radikalneutral-Anbringungselemente, Atomgrundkörper-Anbringungselemente oder Elektronenpaardarstellungen sein. Eine Position eines Atomgrundkörpers kann möglicherweise auch frei bleiben und kein Element tragen. Die Atomgrundkörper erhalten vorzugsweise eine Farbkodierung für die Atomgrundkörper, wobei jeweils eine Farbe bestimmten Elementen oder Elementgruppen zugeordnet wird. Die mit der entsprechenden Farbe versehenen Atomgrundkörper können aus Holz, Metall, Keramik, Glas, Pappe oder Kunststoff, vorzugsweise aus Plastik, gefertigt sein und können verschiedene dreidimensionale Grundformen besitzen.
  • 4.0 Darstellung kovalente Bindung durch Elektronendarstellungen
  • Um die in der Welt der Chemie vorkommenden unterschiedlichen Bindungsarten so exakt wie möglich darstellen zu können, wurde das oben beschriebene erfindungswesentliche Konzept der Elektronendarstellungen eingeführt. Mit dem erfindungsgemäßen Molekülbaukasten können verschiedene Atom-Bindungsarten realitätsnah abgebildet werden. Eine kovalente Bindung wird in dem vorliegenden Molekülbaukasten durch das gegenseitige Anbringen zweier festsitzender Elektronendarstellungen über ihre Radikalneutral-Anbringungselemente dargestellt (3, 16–18). Doppel- oder Dreifachbindungen können durch das gegenseitige Anbringen von Paaren oder Triplets von festsitzenden Elektrondarstellungen über ihre Radikalneutral-Anbringungselementen dargestellt werden (19–22). Dabei werden ausgehend von zwei gleichen oder verschiedenen Atomgrundkörpern zwei (bei Doppelbindungen) oder drei (bei Dreifachbindungen) festsitzende Elektronendarstellungen, miteinander verbunden. Hierbei werden die flexiblen Bindungsröhrchen leicht gebogen und folglich die Bindungslänge der dargestellten Doppel- oder Dreifachbindung, welche bei der Darstellung von Mehrfachbindungen der Abstand zwischen den beiden Atomgrundkörpermittelpunkten ist, automatisch verkürzt und so eine maßstabsgetreue Abbildung der Bindungslängen erreicht. So werden zum Beispiel bei der Darstellung des einfachen organischen Moleküls Ethen (Ethylen) die vier Wasserstoffatomdarstellungen automatisch in einer Ebene angeordnet. Bei einer Darstellung des Moleküls Ethin (Acetylen) werden die beiden Wasserstoffatomdarstellungen räumlich so positioniert, dass sie in einer linearen Anordnung zur Darstellung einer Dreifachbindung angeordnet sind. Somit können auf anschauliche Weise sp-, sp2- und sp3-hybridisierte Bindungen, auch zwischen Nicht-Kohlenstoffatomen, dargestellt werden. Die Länge der flexiblen Bindungsröhrchen ist jeweils so gewählt, dass immer die maßstabsgetreue Bindungslänge dargestellt wird. Das heißt, es kann z. B. gezeigt werden, dass die Darstellung einer Kohlenstoff-Stickstoff-Bindung oder einer Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindung kürzer als die einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung ist (wie z. B. in 16–18 dargestellt). Es kann auch z. B. gezeigt werden, dass die Darstellung einer Kohlenstoff-Stickstoff-Doppelbindung maßstabsgetreu kürzer als die einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung ist (wie z. B. in 19–22 dargestellt).
  • Dabei hat jede fest an einem Atomgrundkörper festsitzende Elektronendarstellung, bestehend aus einem Bindungsröhrchen und einem Radikalneutral-Anbringungselement, eine bestimmte Länge. So hat zum Beispiel, wenn die Atomgrundkörper des Kohlenstoffs und des Stickstoffs dieselbe Größe haben eine festsitzende Elektronendarstellung des Kohlenstoffs eine andere Länge als eine festsitzende Elektronendarstellung des Stickstoffs. Damit wird gewährleistet, dass unterschiedlich lange Bindungen, z. B. eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung oder eine Kohlenstoff-Stickstoff-Bindung maßstabsgetreu in ihrer Länge dargestellt werden. Dabei ist die Länge des effektiven Bindungsabstandes (wie z. B. in 16–18 dargestellt) die additive Länge der zwei effektiven anteiligen Bindungsabstände. Dabei ist der Abstand der Radikalneutral-Anbringungselemente vom Mittelpunkt der Atomgrundkörper in der bevorzugten Ausführungsform so gewählt, dass sie maßstabsgetreu den effektiven anteiligen Binddungsabständen der jeweiligen Atomdarstellungen entspricht. z. B.:
    H 2,0 cm 32 pm
    C 4,8 cm 77 pm
    N 4,4 cm 70 pm
    O 4,0 cm 64 pm
  • Die effektiven maßstabsgetreuen Abstände der Radikalneutral-Anbringungselemente ergeben sich auch, wenn die Atomgrundkörper der unterschiedlichen Elemente unterschiedliche Größen haben, indem die festsitzenden Elektronendarstellungen dann die entsprechende maßstabsgetreue Länge haben. Die Länge der effektiven Bindungsabstände geben somit auch einen Anhaltspunkt über die Elektronegativität des betreffenden Elements. Je kürzer die effektiven Bindungsabstände, desto elektronegativer ist das Element. In der bevorzugten Ausführungsform des Molekülbaukastens entsteht bei der Darstellung von Doppel- und Dreifachbindungen zwischen zwei Kohlenstoffatomdarstellungen, wie auch zwischen Kohlenstoffatomdarstellungen und Nicht-Kohlenstoffatomdarstellungen durch die Krümmung der dargestellten Doppelbindung und die noch stärkere Krümmung der dargestellten Dreifachbindung eine Verkürzung des Abstandes zwischen den beiden Atomgrundkörpermittelpunkten im Vergleich zu der Darstellung einer einfachen Bindung. Im Zusammenspiel mit den unterschiedlich langen Bindungsanteilen ergeben sich dann verkürzte Abstände zwischen den Atomdarstellungen bei den Darstellungen von Mehrfachbindungen, die maßstabsgetreu zu den Längen in wirklichen chemischen Mehrfachbindungen sind (wie z. B. in 19–22 dargestellt). Die Darstellung von einzelnen Bindungselektronen durch Radikalneutral-Anbringungselemente ist erfindungswesentlich.
  • Wie hierin verwendet bezeichnet der Begriff „Radikalneutral-Anbringungselement” ein Anbringungselement, welches eben nicht aus zwei unterschiedlichen Anbringungselementen wie z. B. einem weiblichen und einem männlichen Anbringungselement besteht, wobei nur immer ein männliches Anbringungselement mit einem weiblichen Anbringungselement verbunden werden kann und die Verbindung von zwei männlichen Anbringungselementen oder zwei weiblichen Anbringungselementen nicht möglich ist wie es z. B. bei einer Steckdose für einen Stromanschluss der Fall ist. Die erfindungsgemäßen Radikalneutral-Anbringungselemente verschiedener Atomdarstellungen können alle untereinander gegenseitig angebracht werden. Da durch die Kombination von zwei Bindungselektronen von zwei unterschiedlichen Atomen eine kovalente Bindung entsteht, wird diese durch eine gegenseitige Anbringung von zwei beliebigen Radikalneutral-Anbringungselementen zweier verschiedener Atomdarstellungen dargestellt. Das bedeutet, dass sich die Radikalneutral-Anbringungselemente einer jeden Atomdarstellung mit allen Radikalneutral-Anbringungselementen einer jeden anderen beliebigen Atomdarstellung verbinden lassen. Erfindungsgemäß wird somit eine Darstellung einer kovalenten Bindung durch das gegenseitige Anbringen zweier Radikalneutral-Anbringungselemente erhalten (wie z. B. 16–18 in der bevorzugten Ausführungsform mit Radikalneutral-Steckern dargestellt ist). Dies ist ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Molekülbaukastens, da die Anzahl an Radikalneutral-Anbringungselementen an einer Atomdarstellung die Anzahl an Außenelektronen symbolisiert und daher der Benutzer anhand der Anzahl von Radikalneutral-Anbringungselementen pro Atomdarstellung die maximale Anzahl an kovalenten chemischen Bindungen ermitteln kann, die das jeweilige dargestellte Atom eingehen kann.
  • 4.1 Technische Ausführung Radikalneutral-Anbringungselemente
  • Für die Radikalneutral-Anbringungselemente ist bevorzugt, dass die Radikalneutral-Anbringungselemente nicht direkt auf den Flächen der Atomgrundkörper befestigt sind, sondern am Ende eines flexiblen Bindungsgliedes z. B. eines Schlauches oder Röhrchens oder Stiftes sitzen und der vorzugsweise flexible Schlauch, Rohr oder Stift im Mittelpunkt einer Seitenfläche eines Atomgrundkörpers endet und gemeinsam mit dem Radikalneutral-Anbringungselement eine festsitzende Elektronendarstellung bildet. Ein solches flexibles Bindungsglied besteht vorzugsweise aus flexiblem Plastik oder Gummi. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Radikalneutral-Anbringungselement vorzugsweise ein Radialneutral-Stecker, der mitsamt seinen Stiften vorzugsweise aus Plastik oder Hartgummi, möglicherweise auch aus Holz, Pappe, Metall oder anderen Werkstoffen besteht. Werden zwei gleiche Atome durch festsitzende Elektronendarstellungen miteinander verbunden, wie beispielsweise zwei Kohlenstoffatomdarstellungen, dann liegt die Radikalneutral-Steckerverbindung vorzugsweise in der Mitte zwischen den Atomgrundkörpermittelpunkten.
  • Bevorzugt werden in dem erfindungsgemäßen Molekülbaukasten als Radikalneutral-Anbringungselemente Radikalneutral-Stecker, (wie sie z. B. in 1, 2, 3, 6, 8, 12, 13 in der bevorzugten kranzförmigen Ausführungsform dargestellt sind) verwendet.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines Radikalneutral-Steckers besteht jeder Radikalneutral-Stecker aus einer Vielzahl von Stiften, die auf einer Scheibe angebracht sind (wie z. B. in den Ausführungsformen der 1, 2, 3, 6, 8, 12, 13, 14, 15 dargestellt ist) und zwischen den Stiften liegenden Aussparungen, welche ungefähr das gleiche Volumen wie die Stifte haben und zur Aufnahme der Stifte eines weiteren Radikalneutral-Steckers geeignet sind. Jeder Radikalneutral-Stecker besitzt vorzugsweise eine Unterteilung in Form von Stiften und Aussparungen, welche einen Stift, zwei Stifte, drei Stifte, vier Stifte, fünf Stifte, sechs Stifte, sieben Stifte, acht Stifte, neun Stifte, zehn Stifte, elf Stifte, zwölf Stifte, dreizehn Stifte, vierzehn Stifte, fünfzehn Stifte, sechzehn Stifte, siebzehn Stifte, achtzehn Stifte oder eine höhere Anzahl an Stiften aufweist. Insbesondere bevorzugt sind drei, sechs, neun, zwölf Stifte oder eine Anzahl von Stiften, welches ein Vielfaches von drei ist.
  • Die Stifte sind zudem vorzugsweise kranzförmig auf einer Kreisscheibe angeordnet. Damit ist auch verbunden, dass die Stifte vorzugsweise zum Mittelpunkt der Kreisscheibe bzw. der Bindungsachse hin spitz zulaufen (z. B. in der bevorzugten Ausführungsform mit 6 Stiften in 1, 2, 3, 6, 8 dargestellt). Die Stifte stehen vorzugsweise senkrecht auf der Kreisscheibe und sind symmetrisch angeordnet. Zwischen den Stiften sind gleichgroße Aussparungen, welche in Form und Volumen den Stiften entsprechen, weil diese Aussparungen für die Aufnahme der Stifte des zweiten Radikalneutral-Steckers dienen. Die Kreisscheibe mit den Stiften sitzt am Ende eines Abstandshalters, der als Stab, Röhrchen, Zylinder oder der gleichen ausgeformt ist, wobei die Kreisscheibe vorzugsweise um die Längsachse des Abstandshalters, d. h. des Stabs, Röhrchens, Zylinders oder der gleichen rotieren kann.
  • Insbesondere bevorzugt ist eine Anzahl von 6 Stiften und damit verbunden sechs Aussparungen zur Aufnahme der sechs Stifte eines weiteren Radikalneutral-Steckers. Diese bevorzugte Ausführungsform zeigt (1, 2, 3, 6, 8). Es ist zu erkennen, dass sich am Ende eines Schlauches oder Rohres ein Radikal-Neutralstecker mit einer sechsfachen Untergliederung, d. h. mit 6 Stiften befindet. 1 und 6 zeigen den bevorzugten Radikalneutral-Stecker von der Draufsicht und die Aussparungen sowie die spitz zulaufenden Stifte sind zu erkennen. 3 und 16–18, stellen eine kovalente Bindung aus zwei Radikalneutral-Steckern dar.
  • Der Radikalneutral-Stecker weist also in der bevorzugten Ausführungsform eine Unterteilung in Form von Stiften und Aussparungen auf, in welche die Stifte des zweiten Radikal-Neutralsteckers eingreifen können, wobei der Radikalneutral-Stecker vorzugsweise mehr als einen und weniger als 30 Stifte besitzt, weiter bevorzugt mehr als zwei und weniger als 20 Stifte und insbesondere bevorzugt 3, 6, 9 oder 12 Stifte aufweist, welche in die entsprechenden Aussparungen des zweiten Radikalneutral-Steckers eingreifen können, um die kovalente Bindung auszubilden.
  • Insbesondere bevorzugt sind 6 Stifte, da sich dadurch 6 um jeweils 60° verdrehte Anordnungen der beiden Radikalneutral-Stecker zueinander ergeben und dadurch Moleküle mit wirklichkeitsgetreuen Winkeln gebaut werden können, was z. B. bei Wannen- und Sesselform von Sechsringen und bei Zuckermolekülen vorteilhaft ist (siehe dazu auch z. B. 11).
  • Eine kovalente Bindung wird in der bevorzugten Ausführungsform somit durch zwei ineinander gesteckte Radikalneutral-Stecker dargestellt, wobei die beiden Radikalneutral-Stecker durch dieselbe Anzahl an Stiften auf dem Stiftekranz unterteilt sind. Dadurch entstehen Radikalneutral-Stecker, welche entlang der Bindungsachse der kovalenten Bindung im Extremfall frei drehbar sind oder in beliebig feinen Abstufungen durch Versetzen der Stecker ineinander gedreht werden können und zwar in Abstufungen von 360° geteilt durch die Anzahl an Stiften pro Radikalneutral-Stecker. Eine Radikalneutral-Steckerverbindung mit drei Stiften pro Radikalneutral-Stecker kann daher drei um 120° zueinander versetzte Positionen einnehmen, wohingegen eine Radikalneutral-Steckerverbindung mit 12 Stiften pro Radikalneutral-Stecker 12 um 30° zueinander versetzte Positionen einnehmen kann.
  • Die Stifte eines Radikalneutral-Steckers können neben der bevorzugten kranzförmigen Ausführung auch so auf einer Scheibe angeordnet werden, dass die Stifte der einen Steckerseite auf den Positionen der schwarzen Felder eines Schachfeldmusters liegen und die Aussparungen auf den Positionen der weißen Felder eines solchen Schachfeldmusters (15). Entsprechend können dann die Stifte des gegenüberstehenden Radikalneutral-Steckers, der den identischen Aufbau hat, in die Aussparungen des ersten Radikalneutral-Steckers geschoben werden. Durch diesen Aufbau hat man Radikalneutral-Stecker, welche sich beim zusammenstecken nicht in der Mitte der Verbindungsachse treffen, sondern um ca. die Hälfte der Breite eines Stiftes aus der Mitte der Verbindungsachse verschoben sind. Bei einer solchen Anordnung sind die Stifte vorzugsweise entweder rund oder mit quadratischer Grundform. Neben Mustern von 15 sind auch weitere Muster möglich, die sich durch weglassen oder hinzufügen von einzelnen oder mehreren Stiften aus den Mustern der 15 ableiten.
  • Eine weitere mögliche Anordnung für die Stifte des Radikalneutral-Steckers hat gleichseitige Dreiecke als Grundmuster der Positionen der Stifte, bei dem jeder Stift an bis zu sechs Dreiecken beteiligt ist und ein zusammenhängendes Muster an gleichseitigen Dreiecken entsteht (14). Dadurch ist es möglich sechs um ca. 60° verdrehte Positionen einzunehmen. Durch die Verschiebung aus der Mitte der Bindungsachse sind die Winkel nicht ganz genau mit staggered und eclipsed übereinstimmend sondern nur annähernd. Beim Zusammenstecken von zwei Radikalneutral-Steckern bieten sich mehrere mögliche Positionen zum Zusammenstecken der identisch aufgebauten gegenüberliegenden Radikalneutral-Stecker. Die jeweils andere mögliche Einsteckposition bleibt unbesetzt. Durch diesen Aufbau hat man Radikalneutral-Stecker, welche sich beim Zusammenstecken nicht in der Mitte der Verbindungsachse treffen, sondern um ca. die Hälfte der Breite eines Stiftes aus der Mitte der Verbindungsachse verschoben sind. Bei einer solchen Anordnung sind die Stifte vorzugsweise entweder rund oder mit sechs Seitenflächen eines gleichseitigen Sechsecks ausgestattet. Neben Mustern von 14 sind auch weitere Muster möglich, die sich durch weglassen oder hinzufügen von einzelnen oder mehreren Stiften aus den Mustern der 14 ableiten. Bei der in 14 und 15 beschriebenen Radikalneutral-Steckergeometrie werden 3 bis 4,0 oder mehr Stifte verwendet. Bevorzugt werden 4 bis 18 Stifte verwendet.
  • Die Wahl der richtigen Muster der Stifte bei Radikalneutral-Steckern oder allgemein der Anbringungsprinzipien bei Radikalneutral-Anbringungselementen ermöglicht, dass alle Radikalneutral-Stecker oder allgemein formuliert alle Radikalneutral-Anbringungselemente jeweils miteinander kombiniert werden können.
  • Da in der chemischen Literatur häufig Darstellungen verwendet werden bei denen in Molekülen zwei benachbarte Kohlenstoffatome entweder staggered oder eclipsed dargestellt werden ist in der bevorzugten Ausführungsform zusätzlich zu der gegenseitigen Kombinierbarkeit von Radikalneutral-Steckern bzw. Radikalneutral-Anbringungselementen auch noch gewünscht, dass sich beim gegenseitigen Anbringen zu einer Darstellung einer kovalenten Bindung genau die Winkel einstellen lassen, die die einer staggered oder eclipsed Konformation entsprechen.
  • Daher ist es zum einen bevorzugt, die Radikalneutral-Stecker mit drehbarem Kopf auszustatten, damit die Atomdarstellungen unabhängig von dem verwendeten Muster der Stifte in der Weise um die Bindungsachse rotiert werden können, dass sich beliebige verschiedene Konformationen darstellen lassen, wie z. B. die Staggered- und Eclipsed-Konformationen (s. 11). Allgemeiner betrachtet ist es bevorzugt, die Radikalneutral-Anbringungselemente mit drehbarem Kopf auszustatten, damit die Atomdarstellungen unabhängig von dem verwendeten Muster, in dem die verwendeten Anbringungsprinzipien auf dem Radikalneutral-Anbringungselement positioniert sind, in der Weise rotiert werden können, dass sich beliebige verschiedene Konformationen darstellen lassen, wie z. B. die Staggered- und Eclipsed-Konformationen (s. 11).
  • Eine weitere Möglichkeit die Winkel, die auch bei nicht frei drehbaren und festangebrachten Elektronenedarstelungen zur Darstellung Staggert- und Eclipsed-Konformationen führen kann ist ein kranzförmig aufgebauter Radikalneutral-Stecker bzw. allgemeiner ein kranzförmig aufgebautes Radikalneutral-Anbringungselement. Bei einer solchen bevorzugten Ausführungsform mit einer kranzförmigen Anordnung von 6 Stiften oder einem Vielfachen von drei Stiften des Radikalneutral-Steckers sind die Radikalneutral-Stcker in der Weise an den Atomgrundkörpern befestigt, dass nicht die Mitten von drei der sechs Stifte oder bei Vielfachen von drei jeweils drei auf die drei anderen Teraederpositionen ausgerichtet sind (12, 9, 10) sondern die Ebene der Seitenflächen von jeweils drei Stiften auf dem Radikalneutral-Stecker in einer Ebene mit der Mitte der drei anderen Tetraederpositionen sind. Das bedeutet bei einer sechs Stifte Version eines festsitzenden Radikalneutral-Steckers, dass der Stecker um die Hälfte von 360° durch 12, also ein 24zigstel von 360°, also 15° in eine Richtung verdreht sein muss. Dadurch sind die festsitzenden Radikalneutral-Stecker chiral. Damit ist auch die gesamte in 9 dargestellte Kohlenstoffatomdarstellung chiral. Das bedeutet (10) dass sich zwei so positionierte Radikalneutral-Stecker Ua und Va nicht durch Spiegelung an einer Spiegelachse M ineinander überführen lassen. Vergleichbar mit zwei rechten Händen, die durch übereinander Schieben zur Deckung gebracht, aber nicht durch Spiegelung ineinander überführt werden können. Dies ist entscheidend wenn man Darstellungen von Staggert und Eclipsed-Konformationen erhalten möchte, da sich bei kranzförmigem Aufbau nur durch diesen chiralen Aufbau die In 11 dargestellten 6 möglichen Staggered- und Eclipsed-Konformationen erhalten lassen. Dabei ist zu bemerken, dass dann alle verwendeten Stecker in dieselbe Richtung um den entsprechenden Winkel verdreht sein müssen. Im Vergleich mit chemischen Molekülen gesprochen alle müssten entweder rechtsdrehend oder alle linksdrehend sein. Bei nicht chiralen kranzförmigen Steckern würde beim Zusammenstecken nie eine Eclipsed-Konformation möglich sein, sondern es würde immer eine unerwünschte Winkelverschiebung auftreten, bei der die die Staggered- und Eclipsed-Konformationen nicht einstellbar wären. Genauso sind die in (12) dargestellten Atomgrundkörperfragmente mit Radikalneutral-Steckern mit drei Stiften in der bevorzugten Ausführungsform chiral. Da bei einer drei Stifte Version, der Stecker um die Hälfte von 360° durch 6, also ein 12tel von 360°, also 30° in eine Richtung gedreht sein muss. Dasselbe gilt auch allgemein für Radikalneutral-Anbringungselemente in festsitzenden Elektronendarstellungen bei denen andere Haft- oder Anbringungs-Prinzipien zur Anwendung kommen. Staggered- und Eclipsed-Konformationen lassen sich erhalten indem die Radikalneutral-Anbringungselemente entsprechend kranzförmig und chiral aufgebaut sind. Zum Beispiel könnte ein Radikalneutral-Anbringungselement einer bevorzugten Ausführungsform abwechselnd kranzfömig angeordnet sechs Südpole und sechs Nordpole tragen. Auch diese müssten entsprechend des Aufbaus des Radikalneutral-Steckers mit sechs Stiften und Aussparungen um 15° in eine Richtung um die Bindungsachse gedreht und damit chiral sein, damit sich Staggered- und Eclipsed-Konformationen erhalten lassen.
  • Erfindungsgemäß werden in der bevorzugten Ausführungsform kovalente Bindungen, freie Radikale und freie Elektronenpaare mit Hilfe von Radikalneutral-Anbringungselementen dargestellt. Ladungstrennungen von Plus- und Minus-Ladungen bzw. Ladungszusammenführungen werden durch eine eigene Sorte von Plusladungs-Anbringungselementen und Minusladungs-Anbringungselementen dargestellt, die einem männlich/weiblich-Anbringungsprinzip entsprechen. Ionische Bindungen, Koordinationsverbindungen und Wasserstoffbrückenbindungen werden durch Atomgrundkörper-Anbringungselemente und Elektronenpaar-Anbringungselemente dargestellt, die einem dazu unterschiedlichen männlich/weiblich-Anbringungsprinzip entsprechen. Bei einem männlich/weiblich-Anbringungsprinzip kann eine Bindung nur bei einem weiblich-Anbringungselement mit einem männlich-Anbringungselement ausgebildet werden, nicht jedoch mit zwei männlich-Anbringungselementen oder zwei weiblich-Anbringungselementen. Erfindungswesentlich ist, dass die drei in diesem Absatz genannten Bindungs- und Kräftetypen durch drei unterschiedliche Anbringungungsprinzipien repräsentiert werden, damit die drei Bindungstypen von dem Betrachter unterschieden werden können.
  • Die eben aufgezeigte Methode kovalente Bindungen mit Hilfe von flexiblen Röhrchen und Radikalneutral-Steckern darzustellen, ist bevorzugt. Eine andere Möglichkeit um kovalente Bindungen zwischen zwei Atomen darzustellen, kann anstelle von Stiften und Auslassungen oder Aussparungen für die Stifte des einsteckenden Radikalneutral-Steckers z. B. durch andere musterförmig angeordnete männlich/weiblich-Anbringungsprinzipien insbesondere wie z. B. Magneten mit Nordpol und Südpol, Klettverschlüsse mit Haken und Schlaufen jeweils an beiden Steckern oder das Gecko-Haft-Prinzip mit Flächen und kleinen Saugnäpfen jeweils an beiden Steckern oder anderer Plus-Minus-Haft- und Steckprinzipien erfolgen. Bei dieser Ausführungsform wird die für die Darstellung einer Bindung zur Verfügung stehende Kontaktfläche in Mustern abwechselnd mit Nordpolen und Südpolen bzw. männlich- und weiblich-Positionen ausgestattet, so dass wieterhin jeder Stecker dieser Art mit jedem anderen Stecker dieser Art kombinierbar ist und verbunden werden kann. Die Muster der Anordnung der männlich und weiblich Positionen orientieren sich auch wieder an den Mustern die für Radikalneutral-Stecker sinnvoll sind. Das heißt das Radikalneutral-Anbringungselement trägt auf der Anbringungsfläche, die bevorzugt eine Kreisscheibe ist, keine Stifte, sondern diese werden durch magnetische Elemente oder Elemente eines anderen männlich/weiblich-Anbringungsprinzips ersetzt, wobei auf jeder Fläche die männlich als auch die weiblich Elemente vorhanden sind. Damit entstehen Stecker, welche weiterhin neutral sind, weil jeder Stecker sowohl männliche Elemente als auch weibliche Elemente aufweist, welche jeweils mit den weiblichen als auch den männlichen Elementen des anderen Steckers wechselwirken, um eine Bindung darzustellen. Die Geometrie der männlich- und weiblich-Positionen auf der Kontaktfläche kann wieder kranzförmig angeordnet sein wie die Stifte in 1, 2, 3, 6, 8 und 12 und 13 oder auf der Kontaktfläche verteilt wie in den Mustern in 14 und 15. Die Anzahl der männlich- und weiblich-Positionen auf der zur Verfügung stehenden Kontaktfläche kann variieren. Vorzugsweise ist eine Gesamtanzahl von 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 oder mehr männlich- und weiblich-Positionen denkbar.
  • Erfindungsgemäß in der bevorzugten Ausführungsform werden die Rotationsfreiheitsgrade der Radikalneutral-Anbringungselemente und der Minusladungs-Anbringungselemente auf beiden Seiten einer herausnehmbaren Elektronendarstellung bevorzugt aufeinander abgestimmt unabhängig davon wie das Radikalneutral-Anbringungselement aufgebaut ist. Wird beispielsweise ein Radikalneutral-Anbringungselement mit 6-facher Untergliederung gewählt, das damit eine d6-Drehsymmetrie besitzt, so kann auch ein Stift bei der Elektronendarstellung gewählt werden, der eine hexagonale Form mit d6-Drehsymmetrie besitzt und in eine entsprechende hexagonale Plusladungs-Aussparung in den Atomgrundkörpern eingeführt werden kann.
  • Eine weitere Möglichkeit neben den bevorzugten Ausführungen ein Radikalneutral-Anbringungselement darzustellen, ist ein Bajonettverschlusses wie bei Wasserschlauchkupplungen. Dabei wäre es denkbar, dass ein solcher Bajonettverschluss unterschiedliche Anzahlen von ineinandergreifenden Schienen oder Ausbuchtungen besitzt. Bevorzugt ist eine Gesamtanzahl von 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 oder mehr Schienen oder Ausbuchtungen. Eine weitere Möglichkeit neben den bevorzugten Ausführungen ein Radikalneutral-Anbringungselement darzustellen ist ein Klettverschluss mit Haken und Schlaufen auf jeweils beiden der gegenüberliegenden Haftflächen bzw. an allen Kontaktflächen des Radikalneutral-Anbringungselementes.
  • 4.2 Freie Radikale
  • Moleküldarstellungen, Atomdarstellungen oder Ionendarstellungen, bei denen nicht alle Radikalneutral-Anbringungselemente mit anderen Radikalneutral-Anbringungselementen verbunden, und diese damit als ungebundene Radikalneutral-Anbringungselemente erkennbar sind, stellen freie Radikale dar. Z. B. 31 und 32 Wasserstoffradikal oder 41 (CL) Chlorradikal. Wenn zusätzlich zu dem ungebundenen Radikalneutral-Anbringungselement noch ein Plusladungs-Anbringungselement an dem Atomgrundkörper oder einem der Atomgrundkörper in Molekülen zu erkennen ist, ist dies eine Darstellung von Radikalkationen und wenn noch ein Minusladungs-Anbringungselement neben einem Radikalneutral-Anbringungselement zu erkennen ist, stellt dies ein Radikalanion dar. In dem erfindungsgemäßen Molekülbaukasten ist es zum ersten mal möglich, Radikale und Radikalanionen als auch Radikalkationen darzustellen. Und zum ersten mal ist es möglich diese Radikale mit genauer Position in Moleküldarstellungen und ggf. auch in Kombination mit Ladungen darzustellen. Daher ist es auch zum ersten mal möglich radikalische Reaktionsmechanismen durchzuspielen, bei denen man die Umlagerung von jedem einzelnen Elektron, Radikal oder Elektronenpaar in der richtigen Reihenfolge und räumlichen Ausdehnung erkennen kann.
  • 5.0 Ladungstrennung, Ladungszusammenführung, Anionen, Kationen, herausnehmbare Elektronen
  • Eine herausnehmbare Elektronendarstellung besteht in einer bevorzugten Ausführungsform aus einem Stück eines flexiblen Elementes, das an einem Ende ein Minusladungs-Anbringungselement zum Anbringen an das Plusladungs-Anbringungselement des Atomgrundkörpers besitzt und am anderen Ende ein Radikalneutral-Anbringungselement aufweist. Ein Minusladungs-Anbringungselement, wird in der bevorzugten Ausführung als Minusladungs-Stecker als Stift dargestellt und symbolisiert eine negative Ladung. Die Plusladungs-Anbringungselemente, welche in der bevorzugten Ausführungsform als Plusladungs-Aussparungen (Löcher) im Atomgrundkörper dargestellt sind, stellen eine positive Ladung dar.
  • Die Plusladungs-Anbringungselemente haben in der bevorzugten Ausführungsform bei der entgegengesetzten Passform dieselbe Drehsymmetrie wie die Minusladungs-Anbringungselemente (z. B. in 6, 7, 8, 37–40 dargestellt). Dabei ist die Symmetrie des Minusladungs-Anbringungselementes in der bevorzugten Ausführungsform so gewählt, dass es dieselbe Drehsymmetrie wie das Radikalneutral-Anbringungselement hat, welches bevorzugt eine d6-Drehsymmetrie besitzt. Die Minusladungs-Anbringungselemente tragen in der bevorzugten Ausführungsform immer dieselbe Farbe, welche in der bevorzugten Ausführung schwarz ist. Die Plusladungs-Anbringungselemente tragen bevorzugt immer eine Farbe, welche in der bevorzugten Ausführungsform rot ist. So dass der Betrachter die Ladung als einen Farbcode erkennen kann. Beim gegenseitigen Anbringen werden beide Farben für den Betrachter verdeckt und die gegenseitig angebrachten Ladungs-Anbringungselemente stellen sich als neutral dar.
  • Wird eine Anbringung von Minusladungs-Anbringungselement und Plusladungs-Anbringungselement getrennt, so ergeben sich zwangsläufig geladene, ionische Fragmente. Wird hingegen eine Anbringung zweier Radikalneutral-Anbringungselemente getrennt, so ergeben sich radikalische Fragmente. Die bevorzugte Ausführungsform der Minusladungs-Anbringungselemente ist ein Minusladungs-Stecker und besteht aus einem oder mehreren Stiften, der aus Kunststoff, Keramik, Glas, Holz, Metall oder anderen Materialen bestehen kann und an dem flexiblen Element der Elektronendarstellung angebracht ist. Die Stifte haben bevorzugt eine Geometrie, die eine Drehsymmetrie, die ein Vielfaches von drei beträgt, haben. Insbesondere bevorzugt ist die Ausführungsform mit einer d6-Drehsymmetrie. Neben der bevorzugten Ausführungsform ist es auch möglich, dass ein Minusladungs-Stecker durch eine Aussparung an der Elektronendarstellung und der Plusladungs-Stecker als ein dazu passender Stift auf dem Atomgrundkörper dargestellt werden kann. Neben der bevorzugten Ausführungsform als Minusladungs- und Plusladungs-Stecker sind auch sämtliche andere männliche und weiblich Steck-, Haft- und Anbringungs-Systeme anwendbar, wie z. B. Nordpol und Südpol von Magneten, Klettverschlüsse mit Haken auf der einen und Schlaufen auf der anderen Seite der Klettverbindung oder das Gecko-Haftprinzip. Die herausnehmbaren Elektronendarstellungen kommen bevorzugt nur an den Atomdarstellungen von Elementen vor, die chemisch gesehen durch Abgabe von Elektronen Kationen bilden können. Dabei existieren an den Atomgrundkörpern bevorzugt nur so viele Plusladungs-Anbringungselemente, wie viele Plusladungen das entsprechende Element in chemischen Reaktionen auf einmal annehmen kann. Die vorgenannten Plusladungs- und Minusladungs-Anbringungselemente werden erfindungsgemäß auch zur Darstellung ionischer Verbindungen wie z. B. Na+ Cl– oder CF3COO– NH4 + verwendet. Atomdarstellungen des erfindungsgemäßen Molekülbaukastens sind bevorzugt immer neutral geladen, wenn alle Elektronen an der Grundform angebracht sind.
  • 6.0 Darstellung Freier Elektronenpaare
  • Eine weitere Besonderheit des erfindungsgemäßen Molekülbaukastens ist die Darstellung von freien Elektronenpaaren durch Elektronenpaardarstellungen (wie z. B. in 23–30, 36 in der bevorzugten Ausführungsform dargestellt). Siehe genauso Kap 1.1 Begriffsdefinitionen Elektronenpaardarstellungen. Elektronenpaardarstellungen werden als Verbindung von zwei Elektronendarstellungen, die herausnehmbar an einem Atomgrundkörper angebracht oder permanent befestigt sind dargestellt. In der allgemeinen Ausführungsform haben die herausnehmbaren Elektronendarstellungen Radikalneutral-Anbringungselemente und Minusladungs-Anbringungselemente. Mit dem erfindungsgemäßen Molekülbaukasten wird es nun zum ersten Mal möglich, freie Elektronenpaare und ihre Reaktionen anschaulich darzustellen. Sogenannte freie Elektronenpaare sind eine andere Art von Elektronen, die durchaus Bindungen eingehen können, aber nicht zu den reaktiven ungepaarten Außenelektronen gehören. Freie Elektronenpaare sind einem Atom voll zugehörig, können aber auch an unterschiedlichen Reaktionstypen beteiligt sein:
    • – Ausbildung von zwischenmolekularen Kräften, wie zum Beispiel Wasserstoffbrückenbindungen (wie z. B. in 36 dargestellt), Komplexbindungen und Ionenbindungen.
    • – Ausbildung von Doppelbindungen z. B. zu Sauerstoffatomen oder zwei Einfachbindungen zu zwei Fluoratomen.
    • – Trennung einer Elektronenpaardarstellung durch Ladungstrennung z. B. im Hydroxoniumion oder im Nitration.
  • In der bevorzugten Ausführungsform sind die Elektronenpaardarstellungen zur Ausbildung von mindestens drei unterschiedlichen Formen von Bindungsdarstellungen, Doppelbindungsdarstellung, zwei Einfachbindungsdarstellungen, Koordinationsverbindungsdarstellung über die Anbringung von Elektronenpaar-Anbringungselementen an Atomgrundkörper-Anbringungselementen und Einfachbindungsdarstellung durch Ladungstrennung mit Verbleib einer Plusladungs-Aussparung, d. h. eines Plusladungs- Anbringungselementes am Atomgrundkörper in der Lage. In der bevorzugten Ausführungsform bringen alle Darstellungen von Verbindungstypen, welche die Elektronenpaardarstellungen eingehen können (genauso wie in der bevorzugten Ausführung der 16–18 und 19–22 und 36 dargestellt), maßstabsgetreue Bindungslängen hervor. Elektronenpaardarstellungen, welche nicht zur Darstellung einer Bindung befähigt sind, werden durch eine geschlossene Elektronenpaardarstellung (wie z. B. in der bevorzugten Ausführungsform in 24, 25 und in 41 (Ne) Neon gezeigt dargestellt). Je nachdem, ob die freien Elektronenpaare der jeweiligen Atome Wasserstoffbrücken, Komplexbindungen, Lewis Säure Base Reaktion bilden können oder nicht, tragen die Elektronenpaardarstellungen in der bevorzugten Ausführungsform ein Elektronenpaar-Anbringungselement oder nicht.
  • 6.1 Darstellung zwischenmolekularer Kräfte durch Elektronenpaar-Anbringungselemente und Atomgrundkörper-Anbringungselemente.
  • Damit die Elektronenpaardarstellungen an Atomgrundkörper-Anbringungselemente von Atomgrundkörpern von Wasserstoffatomdarstellungen oder Metallatomdarstellungen angebracht werden können haben sie ein Elektronenpaar-Anbringungselement. In der bevorzugten Ausführungsform ist dieses Elektronenpaar-Anbringungselement außen angebracht (wie in z. B. in 23 und 24 dargestellt als Kugel eines Kugelkupplungs-Steckers ausgestaltet). Die Anbringung von Elektronenpaar-Anbringungselement und Atomgrundkörper-Anbringungselementen basiert auf einem männlich/weiblich-Anbringungsprinzip. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Elektronenpaar-Anbringungselement durch einen Elektronenpaar-Kupplungsstecker und das Atomgrundkörper-Anbringungselement als Atomgrundkörper-Kupplungsstecker dargestellt. Wobei der Elektronenpaar-Kupplungsstecker in der bevorzugten Ausführungsform als Kugel einer Kugelkupplung ausgestaltet ist und der dazugehörige Atomgrundkörper-Kupplungsstecker als Kugelfassung ausgestaltet ist. Die Anbringung von Elektronenpaardarstellungen an Atomgrundkörper ist aber auch mit allen möglichen anderen männlich/weiblich-Anbringungsprinzipien denkbar. Dies können entweder Kugelkupplungen mit Kugel und Kugelhalterung, Steckkontakte mit Stiften und Aussparungen, Magnete mit Nordpol und Südpol, Klettverschlüsse mit Haken und Schlaufen, Geckohaftung mit Saugnäpfen und Flächen oder Anbringungselemente, die auf anderen männlich/weiblich-Anbringungsprinzipien beruhen, sein (Siehe Kap. 1.1 Definition Elektronenpaar-Anbringungselemente). In der bevorzugten Ausführungsform unterscheidet sich das Paar von Elektronenpaar-Anbringungselement und Atomgrundkörper-Anbringungselement, obwohl es auch ein männlich/weiblich-Anbringungsprinzip ist, grundlegend von dem Paar des Minusladungs-Anbringungselementes und Plusladungs-Anbringungselementes, so dass keine chemisch sinnlose Anbringung z. B. eines Minusladungs-Anbringungselementes an ein Atomgrundkörper-Anbringungselement oder auch anders herum keine chemisch sinnlose Anbringung eines Elektronenpaar-Anbringungselementes an ein Plusladungs-Anbringungselement möglich ist.
  • Unterschiedliche Kräfte werden mit spezifischen unterschiedlichen Anbringungselementen dargestellt. Daher darf in der bevorzugten Ausführungsform auch keine Anbringung der vier oben genannten Anbringungselemente an den Radikalneutral-Anbringungselementen möglich sein. In der bevorzugten Ausführungsform haben Ladungstrennung bzw. Ladungsvereinigungsanbringungen von Plusladungs-Anbringungselement und Minusladungs-Anbringungselement ein eigenes männlich/weiblich-Anbringungsprinzip, Steckprinzip oder Haftprinzip. Ebenfalls haben Elektronenpaaranbringungen an Atomgrundkörpern ein eigenes männlich/weiblich-Anbringungsprinzip. Ferner haben auch Radikalneutral-Anbringungselemente ein eigenes neutral-Anbringungsprinzip. In der bevorzugten Ausführungsform kann jeder Atomdarstellung ein bestimmter Satz an Anbringungselementen eindeutig zugeordnet werden und dadurch eine Atomdarstellung als Einheit bzw. als Baustein erkannt werden. In der bevorzugten Ausführungsform werden diese Anbringungselemente nicht als Fremdelemente wie z. B. Stangen, Stifte, Schläuche oder andere Elemente hinzugefügt, wie es in anderen Molekülbaukästen der Fall ist. In Molekülbaukästen des Standes der Technik werden in der Regel Kugeln und einzelne Schläuche zu Molekülen zusammengesetzt, ohne dass einzelne Atome als Bausteine zu erkennen sind. In der bevorzugten Ausführungsform ist dieses Elektronenpaar-Anbringungselement zu allen Atomgrundkörper-Anbringungselementen aller verschiedenen Atomgrundkörper passend. Das bedeutet, dass z. B. die Elektronenpaar-Anbringungselemente von Sauerstoffatomdarstellungen, Chloratomdarstellungen oder Stickstoffatomdarstellungen alle, sowohl zu den Atomgrundkörper-Anbringungselementen der Wasserstoffatomdarstellungen (34–36) passend sind und damit eine Darstellung einer Wasserstoffbrücke ausbilden können, als auch zu den Atomgrundkörper-Anbringungselementen von allen Metallatomdarstellungen (38–40) und damit Komplexverbindungen darstellen können, als auch zu den Atomgrundkörper-Anbringungselementen der Aluminiumatomdarstellung, Magnesiumatomdarstellung oder anderer Metallatomdarstellungen, um damit Lewis-Säure und -Base Verbindungen darzustellen, als auch zu den Atomgrundkörper-Anbringungselementen der Metallatomdarstellungen, um damit die Gitterbindungen in Ionengittern bzw. Ionenbindungen darzustellen.
  • 6.2 Trennen der gegenseitigen Anbringung von zwei Radikalneutralanbringungselementen innerhalb einer Elektronenpaardarstellung
  • In der bevorzugten Ausführungsform wird eine Elektronenpaardarstellung durch zwei Elektronendarstellungen dargestellt, wie z. B. in den 23, 26–28 in der bevorzugten Ausführungsform mit Radikalneutral-Steckern dargestellt. Die Elektronendarstellungen sind entweder beide fest am Atomgrundkörper befestigt oder eine der Elektronendarstellungen lässt sich durch Ladungstrennung von dem Atomgrundkörper entfernen (wie z. B. in 23, 26–30 dargestellt). Damit die Elektronenpaardarstellungen zwei Darstellungen von Bindungen formen können, muss die Anbringung zwischen den beiden Radikalneutral-Anbringungselementen getrennt werden (28). Dann können beide Radikalneutral-Anbringungselemente an Radikalneutral-Anbringungselemente von fremden Atomdarstellungen angebracht werden. So können dann Moleküle wie z. B. SO3 dargestellt werden, bei denen beide Elektronenpaardarstellungen der Schwefelatomdarstellung jeweils unter Formung einer Doppelbindungsdarstellung mit einer Sauerstoffatomdarstellung Darstellungen von kovalenten Bindungen bilden können.
  • 6.3 Ladungstrennung innerhalb von Elektronenpaardarstellungen
  • In der bevorzugten Ausführungsform der Elektronenpaardarstellungen ist es möglich, dass die herausnehmbare Elektronendarstellung, die in der Elektronenpaardarstellung enthalten ist, in der Anbringung nicht an der Stelle der Radikalneutral-Anbringungselemente (wie in Kap 6.2 beschrieben) sondern unter Ladungstrennung an der Stelle der Minusladungs-Anbringungselemente und Plusladungs-Anbringungselemente getrennt wird. Am Atomgrundkörper verbleibt dann ein unangebrachtes Plusladungs-Anbringungselement, welches eine positive Ladung symbolisiert. Das Minusladungs-Anbringungselement liegt dann am anderen Ende der aufgeklappten Elektronenpaardarstellung (wie z. B. in 29 ersichtlich) in Form eines Minusladungs-Anbringungselementes und kann sich unter Ladungsvereinigung mit einem Plusladungs-Anbringungselement verbinden (wie z. B. in 30 dargestellt). Genauso ist die Darstellung eines Hydroxoniumions möglich, da auch dort genau wie z. B. in 36 gezeigt, eine Wasserstoffionendarstellung unter Ladungsvereinigung an eine unter Ladungstrennung geöffnete Elektronenpaardarstellung angebracht ist (siehe auch 41 (O) Sauerstoff). Es kann nun dargestellt werden, dass sich die vormals freie Elektronenpaardarstellung dann unter Ladungsvereinigung mit der H+-Ionendarstellung (siehe auch 29, 30 und 33) zu der Darstellung einer kovalenten Bindung umlagert und daraus resultierend ein freies Plusladungs-Anbringungselement am Atomgrundkörper des Sauerstoffs liegt. Genauso können durch diese Ladungstrennung innerhalb von Elektronenpaardarstellungen zum ersten mal mit einem Molekülbaukasten die Bindungsverhältnisse innerhalb eines Nitrations oder ähnlicher Verbindungen, die die Oktettregel durch innermolekulare Ladungstrennung erlangen, dargestellt werden. Damit die Elektronenpaardarstellungen mechanisch in der Lage sind die in Kapitel (Kap.) 6.2 und 6.3 beschriebenen Trennungen der Anbringungselemente auszuführen ist eine technisch sinnvolle Lösung der bevorzugten Ausführungsform, dass das Radikalneutral-Anbringungselement an einem kippbaren Element befestigt ist (wie in 23, 27–30 dargestellt.) und dadurch in verschiedenen Zuständen in verschiedene Richtungen zeigen kann (siehe auch Kap 7.4).
  • 7.0 Elektronenpaar-Anbringungselemente und Atomgrundkörper-Anbringungselemente
  • In der Chemie sind neben den Bindungen von zwei Atomen miteinander auch die Bindung von freien Elektronenpaaren mit den Atomkernen von zentraler Bedeutung. In dem erfindungsgemäßen Molekülbaukasten sind diese Wechselwirkungen zwischen Atomgrundkörpern und den freien Elektronenpaardarstellungen zum ersten mal anschaulich dargestellt. Aus diesen Wechselwirkungen lassen sich sowohl die Koordinationsbindungsstellen von Komplexen, Wasserstoffbrücken, Lewis-Säuren und -Basen und Ionenverbindungen mit einem einheitlichen Anbringungssystem darstellen.
  • 7.1 Wasserstoffbrücke des Wasserstoffatoms
  • Eine Wasserstoffatomdarstellung hat am Atomgrundkörper neben dem Plusladungs-Anbringungselement ein Atomgrundkörper-Anbringungselement mit dem sie an Elektronenpaardarstellungen angebracht werden kann und damit eine Wasserstoffbrücke darstellen kann (wie z. B. in 36 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt). In der bevorzugten Ausführungsform kann das Atomgrundkörper-Anbringungselement zwei Zustände annehmen. In dem einen Zustand ist das Atomgrundkörper-Anbringungselement so konfiguriert, dass ein Elektronenpaar-Anbringungselement angebracht werden kann (wie z. B. in der bevorzugten Ausführungsform, die in den 34–36 dargestellt ist). Dies ist der Zustand der z. B. in Darstellungen von Wassermolekülen vorliegt. In dem anderen Zustand ist das Atomgrundkörper-Anbringungselement so konfiguriert, dass ein Elektronenpaar-Anbringungselement nicht angebracht werden kann (wie z. B. in der bevorzugten Ausführungsform in den 31–33 dargestellt ist). Dies ist der Zustand, der z. B. in Darstellungen von Methan vorliegt. Die Umwandlung zwischen diesen zwei Zuständen kann auf sehr unterschiedlichen technischen Lösungen basieren. In der bevorzugten Darstellung ist das Atomgrundkörper-Anbringungselement an einem oder mehreren Stiften befestigt, welche wiederum an der anderen Seite des Stiftes oder der Stifte an einem Kippgelenk an dem Atomgrundkörper angebracht sind, und damit an den Atomgrundkörper herangeklappt werden kann (wie z. B. in 31–36 dargestellt ist). In diesem Beispiel kann man erkennen, dass das Atomgrundkörper-Anbringungselement nur im ausgeklappten Zustand in der Lage ist, ein Elektronenpaar-Anbringungselement anzubringen, da nur im ausgeklappten Zustand die Kugel des Elektronenpaar-Kupplungssteckers in die Kugelkupplungshalterung des Atomgrundkörper-Steckers gesteckt werden kann. Im eingeklappten Zustand ist die Öffnung nicht zugänglich. Bevorzugt ist dabei, dass das Atomgrundkörper-Anbringungselement durch eine Elektronenpaar-Kupplungsaussparung dargestellt ist. Neben der bevorzugten Ausführungsform könnte das Atomgrundkörper-Anbringungselement auch anders aufgebaut sein, wie es in Kap 7.4, Kap 1.1 und Kap 6.1 beschrieben ist. Durch die Darstellung der Wasserstoffbrücken ist es mit einem Molekülbaukasten zum ersten mal möglich, anschaulich den Unterschied zwischen lipophil und hydrophil zu erklären.
  • 7.2 Koordinationsbindungsstellen von Komplexen, Lewis Säuren und Basen, Ionenverbindungen, Atomgrundkörper-Anbringungselemente und Metallatomdarstellungen
  • Bei den Metallen der höheren Schalen können die Ionen nicht nur ein freies Elektronenpaar ankuppeln, sondern mehrere, in der Regel bis zu sechs. So können sich Verbindungen wie z. B. B(OH)4 –, Al(OH)4 – oder Al(OH)6 3– bilden. Beim Aluminium bezeichnet man das Ausbilden solcher Bindungen des Atomrumpfes mit Komplexliganden wie z. B. H2O, Cl– oder OH– als Lewis-Säure-Base-Reaktion. Metalle der Hauptgruppen (wie z. B. Eisen, Fe) bilden häufig Komplexe mit bis zu sechs Liganden, bei denen auch die Elektronenpaare der Liganden an das Metallion gebunden werden. In dem erfindungsgemäßen Molekülbaukasten können solche Koordinationsbindungsstellen von Komplexen und Bindungen von Lewis-Säuren und Basen zum ersten Mal anschaulich dargestellt werden (wie in der bevorzugten Ausführungsform mit Atomgrundkörper-Kupplungsaussparungen in unterschiedlichen räumlichen Konfigurationen z. B. in 37–40 dargestellt). Wie in dem Kapitel Atomgrundkörper beschrieben, haben die Atomgrundkörper der Metallatomdarstellungen je nach Element unterschiedliche Größen und tragen Plusladungs-Anbringungselemente in der Anzahl, die typisch für das jeweilige Element ist. Erfindungswesentlich ist, dass alle Anbringungen von freien Elektronenpaaren an Atomgrundkörper durch Atomgrundkörper-Anbringungselemente einschließlich der Wasserstoffbrückendarstellungen mit demselben Anbringungs-, Haft- oder Steckerprinzip erfolgen, welches (wie in Kap 7.4, Kap 6.1 und Kap 1.1 beschrieben) neben der bevorzugten Kugelkupplungs-Anbringung auch anders technisch gelöst werden kann. In der bevorzugten Ausführungsform haben die Atomgrundkörper einer jeden Metallatomdarstellung sechs Atomgrundkörper-Anbringungselemente (wie z. B. in den 37–40 mit der bevorzugten Ausführung mit Elektronenpaar-Kupplungsaussparungen dargestellt), welche die wesentlichen Geometrien (wie unten beschrieben) annehmen können, die in der Chemie eine Rolle spielen und diese sind bei allen Metallatomdarstellungen gleich aufgebaut.
  • Die Atomgrundkörper-Anbringungselemente sind bevorzugt an einzelnen oder mehreren Stiften befestigt. Diese Stifte, die die Elektronenpaar-Kupplungsaussparungen tragen, sind an der anderen Seite bevorzugt mit einem Kippgelenk an dem Atomgrundkörper befestigt. Die Befestigung ist so gestaltet, dass sich mit den sechs ausklappbaren Elektronenpaar-Kupplungsaussparungen die wichtigsten Koordinationsformen, tetragonal-bipyramidial, tetraedrisch, und tetragonal planar darstellen lassen (Wie z. B. in 37–40 mit der bevorzugten Ausführung mit Elektronenpaar-Kupplungsaussparungen dargestellt). Technisch ist diese Ausbildung der Koordinationsformen in der bevorzugten Ausführungsform so gelöst, das vier der kippbaren Atomgrundkörper-Anbringungselemente auf der äquatorialen Umrundung des Atomgrundkörpers angebracht sind, so dass sie im voll ausgeklappten Zustand in alle vier Richtungen auf der äquatorialen Ebene wegstehen. Zwei weitere klappbare Atomgrundkörper-Anbringungselemente sind an den Polen des Atomgrundkörpers angebracht. Im ausgeklappten Zustand ergibt sich dann z. B. die quadratisch bipyramidale Konfiguration (wie z. B. in der 40 mit der bevorzugten Ausführung mit Elektronenpaar-Kupplungsaussparungen dargestellt). Bei der Darstellung des metallischen Zustands sind alle Atomgrundkörper-Anbringungselemente eingeklappt und damit nicht zur Anbringung von Elektronenpaar-Anbringungselementen in der Lage. Ausgehend von der quadratisch bipyramidialen Konfiguration erhält man die quadratisch planare Konfiguration (wie z. B. in der 39 mit der bevorzugten Ausführung mit Elektronenpaarkupplungsaussparungen dargestellt) durch Einklappen beider Atomgrundkörper-Anbringungselemente Nord (N) und Süd (S) an den Polen. Ausgehend von der quadratisch planaren Konfiguration (39) erhält man, die tetraedrische Konfiguration (wie z. B. in der 38 mit der bevorzugten Ausführung mit Elektronenpaarkupplungsaussparungen dargestellt). Durch halbes Einklappen der vier Atomgrundkörper-Anbringungselemente der äquatorialen Umrundung. Abwechselnd klappen zwei der vier Atomgrundkörper-Anbringungselemente der äquatorialen Umrundung zum Südpol und zum Nordpol des Atomgrundkörpers. Durch diesen Aufbau ist es möglich, dass alle möglichen Koordinationsverbindungen (Komplexe) durch die sechs am Atomgrundkörper befindlichen Atomgrundkörper-Anbringungselemente dargestellt werden können. Beim Natrium ist es damit z. B. möglich die Hydrathülle in Ihrer richtigen Koordination darzustellen. Beim Aluminium ist es möglich sowohl die amphoteren quadratisch bipyramidalen als auch die amphoteren tetraedrischen Konfigurationen darzustellen. Genauso können die Komplexe der übrigen Übergangsmetalle und Metalle mit Ihren unterschiedlichen Konfigurationen dargestellt werden.
  • 7.3 Ionenbindung
  • Auch Ionenverbindungen werden im erfindungsgemäßen Molekülbaukasten mit den beschriebenen Elektronenpaar-Anbringungselementen und den Atomgrundkörper-Anbringungselementen darstellbar. In Salzkristallen oder allgemeiner formuliert in Ionenkristallen, können dieselben Elektronenpaar-Anbringungselemente und Atomgrundkörper-Anbringungselemente dazu genutzt werden, um sich gegenseitig aneinander zu binden und ein Ionenkristall darzustellen. Bei der Ionenbindung kommt es zu keiner Ladungszusammenführung von Minusladungs-Anbringungselementen mit Plusladungs-Anbringungselementen. Z. B. Natriumchlorid: Die Natriumionendarstellungen und die Chloridionendarstellungen können sich dabei über die Elektronenpaar-Anbringungselemente verbinden, ohne dass es zu einer Ladungszusammenführung kommt. Sowohl am Natrium ist das Plusladungs-Anbringungselement zu erkennen, als auch am Chlor ist das Minusladungs-Anbringungselement zu erkennen. Die Ionen können sich dabei über die Elektronenpaar-Anbringungselemente und Atomgrundkörper-Anbringungselemente auch im Natriumchloridgitter anordnen.
  • 7.4 Technische Ausführung der Elektronenpaar-Anbringungselemente und der Atomgrundkörper-Anbringungselemente
  • In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgen alle Anbringungen von Elektronenpaardarstellungen an Atomgrundkörper mit demselben Anbringungs-, Haft- oder Steckerprinzip. Für die gegenseitige Anbringung der Elektronenpaar-Anbringungselemente und der Atomgrundkörper-Anbringungselemente wird ein männlich/weiblich-Anbringungs-, Haft- oder Steckerprinzip verwendet. Bevorzugt werden solche Anbringungen in dem erfindungsgemäßen Molekülbaukasten als Kugelkupplung dargestellt. Wobei die Seite der Elektronenpaardarstellung bevorzugt die Kugel und die Seite des Atomgrundkörpers bevorzugt die Kugelfassung trägt. Wie oben beschreiben sind die Elektronenpaardarstellungen für die Elektronenpaarkupplungen mit einer Elektronenpaarkupplungskugel in Form einer Kugel eines Kugelkupplungsgelenkes ausgestattet. Der voll ausfüllende Vollkörper kann aus vielen Materialien gefertigt sein, vorzugsweise jedoch aus Plastik, Hartgummi oder Metall. Das Kugelkupplungsgelenk oben am Ende der Elektronendarstellung ist an dem Drehkippstecker in 23, 27, 29 zu erkennen. Der Drehkippstecker trägt auf der anderen Seite ein Radikalneutral-Anbringungselement und ist in der Mitte mit einem Stift in einer Gabel eingehängt. Die Kugel ist dabei am äußeren Ende einer geschossenen Elektronenpaardarstellung angebracht. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Abstände dabei so gewählt, dass sich beim Zusammenstecken mit der Atomgrundkörper-Kupplungsaussparung mit dem Elektronenpaarkugelkupplungsstecker die maßstabsgetreue Entfernung einer Wasserstoffbrücke, Lewis Saure Verbindung, Komplexbindung oder Ionenkristall bildet. Z. B. die O----H Wasserstoffbrückendarstellung ist in dem hier gewählten Beispielmaßstab 13 cm lang, was in diesem Maßstab ca. 208 pm entspricht. Die bevorzugte Ausführungsform ist dann so aufgebaut, dass sich die resultierenden Abstände in Darstellungen von Koordinationsverbindungen, Wasserstoffbrückenbindungen und Lewis-Säure-Base Bindungen aus den individuellen effektiven Teilabständen der Elektronenpaar-Anbringungselemente und der Atomgrundkörper-Anbringungselemente der Atomdarstellungen der jeweiligen Elemente zusammensetzen und zu maßstabsgetreuen Gesamtlängen führen. Die individuellen effektiven Teilabstände sowohl der Elektronenpaar-Anbringungselemente als auch der Atomgrundkörper-Anbringungselemente variieren zwischen unterschiedlichen Atomdarstellungen unterschiedlicher Elemente. Die gegenseitige Anbringung von Elektronenpaardarstellungen und Atomgrundkörpern wird bevorzugt durch eine Kugelkupplung dargestellt. Dieses Anbringungsprinzip ist gut geeignet, um die Liganden räumlich beliebig veränderlich in Bezug auf Rotation und Bindungswinkel anbringen zu können. Die Elektronenpaarkupplungsaussparungen bestehen bevorzugt aus einem Gummiblock oder Plastikblock der eine hohlkugelförmige Aussparung hat, welche die Elektronenpaarkupplungskugeln der Elektronenpaardarstellungen aufnehmen kann. Nach oben hin verjüngt sich die Aussparung, so dass die Kugel nur durch Dehnung der Verjüngung des Gummis oder des Plastiks in die Aushöhlung gesteckt werden kann und sich dadurch ein Halt ergibt. Dabei soll die Größe der Aussparung so gewählt sein, dass sie die Kugel festklemmt und Winkeleinstellungen und Drehung der angebrachten Atomdarstellung fixiert werden kann. Alternativ könnten die Elektronenpaarkupplungsaussparungen aus einem Block von flexiblem Kunststoff mit einer Aussparung sein, der das Einstecken und Halten der Elektronenpaarkupplungskugel erlaubt. Alternative Materialien für die Elektronenpaarkupplung könnten Metall, Holz oder andere Materialien sein. Neben der bevorzugten Konstruktion bei der die Kugel an dem Elektronenpaar und die Aussparung über Stifte an dem Atomrumpf angebracht ist, könnte die weibliche Aussparung auch vertauscht an den Elektronenpaaren und die Atomgrundkörper-Stecker dann folglich durch Kupplungskugeln dargestellt werden. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist die Darstellung der Elektronenpaar-Anbringungselemente und der Atomgrundkörper-Anbringungselemente durch Magnetanziehung mit Nordpol und Südpol von Magneten. Wobei die Elektronenpaar-Anbringungselemente immer denselben Pol tragen und die Atomgrundkörper-Anbringungselemente immer den entgegensetzten Pol tragen. Genauso sind neben den bevorzugten Ausführungen auch alle möglichen anderen männlich/weiblich-Anbringungs-, Steck- und Haftprinzipien denkbar, wie z. B. Klettverschluss mit Schlaufen auf der einen und Haken auf den jeweils anderen Flächen oder z. B. das Geckohaftprinzip mit Saugnäpfen und Flächen auf den jeweils entgegengesetzten Seiten.
  • Neben der bevorzugten Ausführungsform durch ein Klappelement könnten die verschiedenen, zumindest aber zwei Zustände, durch andere technische Lösungen erhalten werden. In einer weiteren bevorzugten technischen Lösung ist das Atomgrundkörper-Anbringungselement an einem Stift befestigt, welcher sich in einer Aussparung in dem Atomgrundkörper hin und her schieben lässt. In der bevorzugten Weise sind so zwei oder mehr festgelegte Schiebepositionen einnehmbar, ohne dass der Stift ganz herausgezogen oder entfernt werden kann. In dem einen Zustand ist der Stift in den Atomgrundkörper hereingeschoben und das Atomgrundkörper-Anbringungselement in diesem Zustand nicht zu einer Anbringung befähigt. In einem anderen Zustand ist der Stift in die gewünschte Entfernung aus dem Atomgrundkörper herausgezogen und das Atomgrundkörper-Anbringungselement zur Anbringung befähigt.
  • 8.0 Figurenbeschreibung
  • 1 zeigt ein Radikalneutral-Anbringungselement in der bevorzugten Ausführungsform eines Radikalneutral-Steckers von oben. Die bevorzugte Unterteilung mit 6 Stiften, die in gleichen Abständen kranzförmig im Kreis angeordnet sind ist zu erkennen. Die Aussparungen zwischen den Stiften haben dabei ungefähr dieselbe Größe wie die Stifte selber. Die Stifte laufen zur Mitte der Verbindungsachse hin spitz zu.
  • 2 zeigt den Radikalneutral-Stecker in perspektivischer Ansicht. Die bevorzugte Unterteilung des Radikalneutral-Steckers mit sechs Stiften ist zu erkennen, welche das Einschieben von sechs um jeweils 30 Grad versetzte Positionen eines zweiten Radikalneutral-Steckers zulassen.
  • 3 zeigt die Darstellung einer typischen kovalenten chemischen Bindung, wobei zwei Radikalneutral-Stecker ineinander gesteckt sind und somit ein bindendes Elektronenpaar dargestellt wird. Da bei dieser Ausführungsform jeweils 6 verschiedene Möglichkeiten existieren, die Radikalneutral-Stecker miteinander zu verbinden, können so die Winkel zwischen den miteinander verbundenen Atomen in 60 Grad-Schritten eingestellt werden und beispielsweise staggered und eclipsed Konformation bzw. Wannen- oder Sesselformen können dargestellt werden.
  • 4 (Ansicht von oben) und 5 (Ansicht von der Seite) zeigt die Darstellung eines Atomgrundkörpers mit einem Plusladungs-Anbringungselement in der bevorzugten Ausführung einer Aussparung die eine positive Ladung darstellt, als Steckkontakt für ein Minusladungs-Anbringungselement in seiner bevorzugten Ausführungsform eines Minusladungs-Steckers einer Elektronendarstellung mit einem sechseckigen Stift wie in 7 und 8 dargestellt. Der untere Teil der Aussparung ist schmaler und sechseckig geformt, damit der Minusladungs-Stecker in sechs verschiedenen Positionen jeweils um 60 Grad gedreht eingesteckt werden kann. Damit hat das eingesteckte Elektron in Bezug auf die anderen Koordinationsstellen und Bindungsmöglichkeiten in der 4 und 5 durch drei Schläuche angedeutet immer eine der sechs verschiedenen möglichen Orientierungen.
  • 6, 7, 8 zeigen eine Elektronendarstellung in der bevorzugten Ausführungsform mit einem Radikalneutral-Stecker als Radikalneutral-Anbringungselement und einem Minusladungs-Stecker als Minusladungs-Anbringungselement. In 8 sieht man die Elektronendarstellung in der Seitenansicht, bestehend aus einem Radikalneutral-Stecker, einem flexiblen Verbindungselement und einem Minusladungs-Stecker. Sowohl der Radikalneutral-Stecker als auch der Minusladungs-Stecker haben eine d6-Drehsymmetrie. Dadurch kann man die herausnehmbare Elektronendarstellung in allen sechs verschiedenen um 60° unterschiedlichen Positionen der d6-Drehsymmetrie in die Plus-Ladungsaussparung stecken und hat bei den Stiften des Radikalneutral-Steckers immer dieselbe festgelegte räumliche Winkelorientierung. In 6 sieht man den Radikalneutral-Stecker der herausnehmbaren Elektronendarstellung von oben mit seinen sechs Stiften. In 7 sieht man den Minusladungs-Stecker der Elektronendarstellung von unten mit seiner sechseckigen Geometrie im unteren Teil des Stiftes.
  • 9 zeigt eine Kohlenstoffatomdarstellung mit ihren vier gleichwertigen Elektronendarstellungen A, B, C und D. Wie man an den vier unterschiedlichen Aufsichten, von den verschiedenen Elektronendarstellungen A, B, C und D aus sehen kann, sind alle vier Radikalneutral-Stecker A, B, C und D so angebracht, dass sie immer dieselbe Winkelausrichtung in Bezug auf ihre sechs Stifte in Bezug zu den jeweils anderen drei Elektronen haben. Dabei ist zu erkennen, dass Seitenkanten der Stifte in die Richtung der Mitte der jeweils drei anderen Außenelektronen zeigen.
  • 10 zeigt zwei identische Kohlenstoffatomdarstellungen V und U mit je vier Radikalneutral-Steckern. Die Radikalneutral-Stecker sind so an dem Kohlenstoff über ein flexibles Bindungselement angebracht, dass die Stifte des Radikalneutral-Steckers nicht mit Ihrer Mitte in Richtung der drei anderen eigenen Elektronendarstellungen zeigen sondern um 15° versetzt mit Ihrer Seitenkante auf die Mitte der anderen eigenen Elektronendarstellungen zeigen. Dadurch sind zwei unterschiedliche Kohlenstoffatome nicht spiegelsymmetrisch zueinander und lassen sich nicht durch Spiegelung an einer Spiegelebene M ineinander überführen, sondern sie sind wie zwei rechte Hände zueinander was in der Chemie als chiral bezeichnet wird. Genauso sind alle einzelnen Radikalneutral-Stecker, die fest mit einem Atomgrundkörper verbunden sind chiral, wenn zwei Kohlenstoffatomdarstellungen gleich ausgerichtet sind wie in 10. In den Kohlenstoffatomdarstellungen V und U sind die Radikalneutral-Stecker Va und Ua, nicht spiegelbildlich, da sie chiral identisch zueinander sind. Nur durch diesen chiralen Aufbau, können die in 11 dargestellten Konformere mit staggered und eclipsed Konformation gebildet werden. Um ein leichteres Verbinden der Radikalneutral-Stecker miteinander zu ermöglichen, ist Kreisscheibe mit den daran angebrachten Stiften zum ineinander stecken der Radikalneutral-Stecker drehbar am Kopf des Radikalneutral-Steckers angebracht.
  • 11 zeigt, wie durch unterschiedliches Zusammenstecken von zwei Kohlenstoffatomen (hier nur als Atomgrundkörperfragment angedeutet) mit jeweils drei verschiedenen Substituenten (A, B, C) und (X, Y, Z) an der Position des Radikalneutral-Steckers sechs verschiedene sterische Konformere gebildet werden können. Drei davon (11(A), 11(C), 11(E)) sind staggered und drei (11(B), 11(D), 11(F)) sind eclipsed.
  • 12 und 13 zeigen andere denkbare Möglichkeiten von Radikalneutral-Steckergeometrien, bei denen die Stifte kranzförmig auf einer Kreisscheibe angeordnet sind. Der Rest der Atomdarstellung ist nur fragmentarisch angedeutet. 12 zeigt einen Radikalneutral-Stecker mit drei Stiften in Radikalneutral-Geometrie. 13 zeigt einen Radikalneutral-Stecker mit nur zwei Stiften.
  • 14 zeigt das Muster des Querschnittes der Mitte des Steckkontaktes der Stifte zweier Radikalneutral-Stecker, die mit ihren Stiften zusammengesteckt sind. Die schwarzen Punkte stellen die Stifte des Radikalneutral-Steckers der einen Seite, die umrandeten Punkte stellen die Stifte des Radikalneutral-Steckers der von der anderen Seite kommt dar. Die Stifte sind dabei in einem Muster von gleichseitigen Dreiecken angeordnet. Bei dieser Anordnung werden die Stifte der einen Seite immer von jeweils drei Stiften der gegenüberliegenden Seite umklammert. Jede dritte Position der Grundfläche bleibt beim Zusammenstecken frei. In der Darstellung zu erkennen als Positionen, die weder einen schwarzen Punkt noch einen umrandeten Punkt tragen.
  • 15 zeigt das Muster des Querschnittes der Mitte des Steckkontaktes der Stifte zweier Radikal-Neutralstecker die mit Ihren Stiften zusammengesteckt sind. Die schwarzen Punkte stellen die Stifte des Radikalneutral-Steckers der einen Seite, die umrandeten Punkte stellen die Stifte des Radikalneutral-Steckers der anderen Seite dar. Die Stifte sind dabei in einem Muster von Quadraten angeordnet, was genauso einem Schachbrettmuster entspricht, wobei die schwarzen Felder die Stifte tragen und die weißen Felder frei geblieben sind und die Stifte des einzusteckenden Steckers aufnehmen können. Bei dieser Anordnung werden die Stifte der einen Seite immer von jeweils vier Stiften der gegenüberliegenden Seite umklammert.
  • 16–18 zeigen, wie durch die Bindung zweier Radikalneutral-Stecker mit ihren effektiven anteiligen Bindungsabständen die maßstabsgetreue effektive Bindungslänge entsteht. Dabei ist zu beachten, das die anteilige effektive Bindungslänge nur die Länge bis zur Mitte der Stifte des Radikalneutral-Anbringungselementes ist, wie man an der Zeichnung erkennen kann. Bei 16 addieren sich 4,8 cm (entspricht 77 pm) des Kohlenstoffs (C) mit 4,4 cm (entspricht 70 pm) des Stickstoffs (N) zu insgesamt 9,2 cm (entspricht 147 pm). Bei 17 addieren sich 4,15 cm (entspricht 66 pm) des Sauerstoffs (O) mit 2,0 cm (entspricht 32 pm) des Wasserstoffs (H) zu insgesamt 6,15 cm (entspricht 98 pm). Bei 18 Addieren sich 4,8 cm (entspricht 77 pm) des Kohlenstoffs mit 4,8 cm (entspricht 77 pm) des anderen Kohlenstoffs (C) zu insgesamt 9,6 cm (entspricht 154 pm).
  • Die 19–22 zeigen, wie man durch das Ausbilden von Mehrfachbindungsdarstellungen zwischen zwei identischen Atomdarstellungen (CC) 19 und 20 oder Mehrfachbindungsdarstellungen zwischen unterschiedlichen Atomdarstellungen (CN) zu den maßstabsgetreuen Bindungslängen kommt (21 und 24), die sich als Folge der Krümmungsverkürzung der flexiblen Bindungsröhrchen zwischen den Atomgrundkörpermittelpunkten ergeben. Bei der CC-Doppelbindungsdarstellung in 19 verkürzt sich der Abstand der CC-Einfachbindungsdarstellung wie in 18 dargestellt von 9,6 cm auf 8,4 cm. Dies entspricht maßstabsgetreu der wirklichen Bindungslänge der CC-Doppelbindung von 133 pm. Bei der CC-Dreifachbindungsdarstellung in 20 verkürzt sich der Abstand der CC-Einfachbindungsdarstellung wie in 18 dargestellt von 9,6 cm auf 7,5 cm. Dies entspricht maßstabsgetreu der wirklichen Bindungslänge der CC-Dreifachbindung von 120 pm. Bei der CN-Doppelbindungsdarstellung in 21 verkürzt sich der Abstand der CN-Einfachbindungsdarstellung wie in 16 dargestellt von 9,2 cm auf 8,1 cm. Dies entspricht maßstabsgetreu der wirklichen Bindungslänge der CN-Doppelbindung von 129 pm. Bei der CN-Dreifachbindungsdarstellung in 22 verkürzt sich der Abstand der CN-Einfachbindungsdarstellung wie in 16 dargestellt von 9,2 cm auf 7,1 cm. Dies entspricht maßstabsgetreu der wirklichen Bindungslänge der CN-Dreifachbindung von 115 pm.
  • Die in den 23–30 gezeigten Elektronenpaardarstellungen sind mit Anbringungselementen der bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Elektronenpaar-Anbringungselemente als Elektronenpaarkupplungsstecker mit Kugel, Radikalneutral-Anbringungselemente als Radikalneutral-Stecker mit d6-Drehsymmetrie und Minusladungs-Anbringungselemente als Minusladungs-Stecker mit d6-Drehsymmetrie.
  • In den 23, 27–29 sieht man eine Elektronenpaardarstellung an einem Atomgrundkörper, welche aus einer herausnehmbaren Elektronendarstellung, welche in 23 und 28 in die Plusladungs-Aussparung eingesteckt ist und einer fest an dem Atomgrundkörper befestigten Elektronendarstellung mit einem Drehkippstecker, der einen Radikalneutral-Stecker als Radikalneutral-Anbringungselement auf der einen und eine Elektronenpaarkupplungskugel als Elektronenpaar-Anbringungselement auf der anderen Seite trägt. Der Drehkippstecker ist in eine Halterungsgabel mit einem Bolzen eingehängt, der als Drehgelenk fungiert. Die Halterungsgabel ist über ein flexibles Bindungsröhrchen an dem Atomgrundkörper befestigt.
  • In 27 ist die Elektronendarstellung herausgenommen und der Drehkippstecker mit Radikalneutral-Stecker nach oben gedreht. An dem Atomgrundkörper kann man die Aussparung des Plusladungs-Steckers erkennen, die die positive Ladung darstellt. Der ungebundene Radikalneutral-Stecker stellt dabei ein freies Radikal dar. In Kombination wäre dies die Darstellung eines Radikalkations und eines einzelnen Elektrons.
  • In 28 ist die Elektronenpaardarstellung an der Position der Radikalneutral-Stecker getrennt. Das einzelne Elektron ist dabei mit dem Minusladungs-Stecker in die Aussparung des Plusladungs-Steckers eingesteckt. Die beiden Radikalneutral-Stecker können dann z. B. gemeinsam mit den beiden Radikalneutral-Steckern einer Sauerstoffatomdarstellung eine Doppelbindung eingehen.
  • In 29 sieht man die Elektronenpaardarstellung an den Radikalneutral-Steckern verbunden und an dem Minusladungs-Stecker und der Plusladungs-Stecker getrennt. Der Drehkippstecker ist nach außen geklappt, so dass die daran angebrachte herausnehmbare Elektronendarstellung mit dem Minusladungs-Stecker nach außen gerichtet ist.
  • In 30 sieht man eine Darstellung, der 29 zugrunde liegt. Dabei ist auf das an den Minusladungs-Stecker der nach außen aufgeklappten Elektronendarstellung noch eine Wasserstoffkationendarstellung mit der Aussparung des Plusladungs-Steckers aufgesteckt. Es bleibt eine positive Ladung am Atomgrundkörper übrig, dargestellt durch die Aussparung eines Plusladungs-Steckers am Atomgrundkörper. Eine analoge Situation liegt z. B. in Darstellungen von Ammoniumionen oder Hydroxoniumionen vor, wenn sich eine Wasserstoffkationendarstellung an eine Elektronenpaardarstellung der Ammoniakmoleküldarstellung oder bzw. Wassermoleküldarstellung bindet. Die positive Ladung wird am Atomgrundkörper des Zentralatoms der Moleküldarstellung lokalisiert dargestellt.
  • In 23 sieht man eine geschlossene Elektronenpaardarstellung. Sowohl die Radikalneutral-Stecker sind zusammengesteckt, als auch der Minusladungs-Stecker ist in die Aussparung des Plusladungs-Steckers eingesteckt. Die Kugel des Elektronenpaarkupplungssteckers ist nach außen gerichtet und kann sich ggf. mit der entsprechenden Aussparung des Atomgrundkörperkupplungssteckers verbinden (36).
  • In 24 sieht man eine geschlossene Elektronenpaardarstellung, welche weder Radikalneutral-Stecker besitzt und dort geöffnet werden kann, noch einen Minusladungs-Stecker und Plusladungs-Stecker besitzt, die getrennt werden könnten. Nur die Kugel des Elektronenpaarkupplungssteckers ist vorhanden und funktional. Eine solche Elektronenpaardarstellung kommt z. B. in der bevorzugten Fluoratomdarstellung vor. Es ist nur für die Bindung mit den an Atomgrundkörpern befestigten Atomgrundkörperkupplungssteckern befähigt und nicht zur Ausbildung von ionischen oder kovalenten Bindungsdarstellungen geeignet.
  • In 25 sieht man eine geschlossene Elektronenpaardarstellung, welche weder Radikalneutral-Stecker besitzt und dort geöffnet werden kann, noch einen Minusladungs-Stecker und eine Plusladungs-Aussparung besitzt, die getrennt werden könnten. Es ist auch keine Elektronenpaarkupplungskugel vorhanden. Eine solche Elektronenpaardarstellung kommt z. B. in Edelgasen wie Neon vor. Ein solches freies Elektronenpaar ist zu keinerlei chemischen Reaktionen befähigt.
  • In 26 sieht man eine geschlossene Elektronenpaardarstellung. Sowohl die Radikalneutral-Stecker sind zusammengesteckt, als auch der Minusladungs-Stecker ist in die Aussparung des Plusladungs-Steckers eingesteckt. Die Kugel des Elektronenpaarkupplungssteckers ist nicht vorhanden. Eine solche Elektronenpaardarstellung ist z. B. in der bevorzugten Darstellung von Argon und Krypton vorhanden. Solche Elektronenpaardarstellungen können sich nicht mit der entsprechenden Aussparung eines Atomgrundkörperkupplungssteckers eines anderen Atomgrundkörpers verbinden. Die beiden Radikalneutral-Stecker können getrennt werden und dann z. B. gemeinsam mit den beiden Radikalneutral-Steckern einer Sauerstoffatomdarstellung eine Doppelbindung eingehen.
  • In den 31–33 ist eine Wasserstoffatomdarstellung in der bevorzugten Form mit einer Plusladungs-Aussparung als Plusladungs-Anbringungselement und einer Atomgrundkörperkugelkupplungsaussparung als Atomgrundkörper-Anbringungselement gezeigt.
  • 34 (Frontalansicht), 35 (Seitenansicht) zeigen einen kugelförmigen Atomgrundkörper der Wasserstoffatomdarstellung ohne die eigentlich dazugehörige Elektronendarstellung (wie in 32 und 31) und damit einer runden Aussparung des Plusladungs-Steckers unten, die eine positive Ladung symbolisiert. Solch ein positiv geladener Atomgrundkörper der Wasserstoffatomdarstellung entspricht einem H+-Ion. Eine Elektronendarstellung wie auch in 8 dargestellt kann fast vollständig in die Aussparung des Plusladungs-Steckers hineingeführt werden, so dass nur noch der Radikalneutral-Stecker unten herausschaut (vergleichbar auch 31 und 32 bei denen das Atomgrundkörper-Anbringungselement eingeklappt ist). Dieser Aufbau der Wasserstoffatomdarstellung ist notwendig, da der Wasserstoff eine wesentlich kürzere anteilige Bindungslänge im Vergleich zu den anderen Elementen hat. Oben sieht man das ausgeklappte Atomgrundkörper-Anbringungselement in der bevorzugten Ausführungsform des Atomgrundkörper-Kupplungssteckers mit Aussparung (im Fall der Wasserstoffatomdarstellung stellt das ausgeklappte Atomgrundkörper-Anbringungselement einen Anteil einer Wasserstoffbrücke dar), die für die Anbringung an die Kugel eines Elektronenpaarkupplungssteckers einer Elektronenpaardarstellung geeignet ist. Der ausklappbare Atomgrundkörperkupplungsstecker mit Aussparung besteht in der bevorzugten Ausführungsform aus einem flexiblen Gummiblock mit einer kugelförmigen Aussparung, die die Kugel des Elektronenpaar-Kupplungssteckers aufnehmen und festhalten kann. An dem Gummiblock sind zwei Stifte angebracht, die am anderen Ende von beiden Seiten auf einen Bolzen als Kippgelenk aufgesteckt sind. Der Bolzen, der als Kippgelenk dient, ist an einer gebogenen Halterung an den Atomgrundkörper angebracht, die wiederum an beiden Seiten an dem Atomgrundkörper angebracht ist.
  • In 33 sieht man einen kugelförmigen Atomgrundkörper der Wasserstoffatomdarstellung mit der Aussparung des Plusladungs-Steckers, die eine positive Ladung darstellt (vergleichbar den 34 und 35 bei denen im Unterschied dazu der Atomgrundkörper-Kupplungsstecker ausgeklappt ist). Der Atomgrundkörper-Kupplungsstecker ist eingeklappt in den Atomgrundkörper. Die zur Wasserstoffatomdarstellung dazugehörige herausnehmbare Elektronendarstellung (vergleichbar 8) ist herausgezogen unterhalb des Atomgrundkörpers der Wasserstoffionendarstellung dargestellt.
  • In 31 (Frontalansicht) und 32 (Seitenansicht) ist jeweils ein Wasserstoffatom dargestellt bestehend aus einem Atomgrundkörper mit eingeklapptem Atomgrundkörperkupplungsstecker und eingesteckter herausnehmbarer Elektronendarstellung. Der Radikalneutral-Stecker ragt vorne in der maßstabsgetreuen Länge heraus.
  • 36 zeigt die Darstellung einer Wasserstoffbrückenbindung bestehend aus einer Elektronenpaardarstellung mit Elektronenpaarkupplungsstecker mit Kugel (vergleichbar 23) und einem Wasserstoffatomgrundkörper mit ausgeklapptem Atomgrundkörperkupplungsstecker mit Aussparung und Aussprung des Plusladungs-Steckers ohne Elektron (vergleichbar den 34 und 35). Die Darstellung der Wasserstoffbrücke bildet sich durch Kugelkupplung dieser beiden Elemente. Ingesamt ergibt sich in dem Beispiel eine Länge von 13 cm zwischen den Atomgrundkörpermittelpunkten was in dem gewählten Beispielmaßstab 206 pm entspricht, was gut der wirklichen Länge einer Wasserstoffbrücke entspricht.
  • In den 37–40 ist exemplarisch eine dreifach positiv geladene Aluminiumionendarstellung mit drei Plusladungs-Anbringungselementen in der bevorzugten Ausführungsform als Plusladungs-Stecker mit Aussparungen und mit sechs Atomgrundkörper-Anbringungselementen in der bevorzugten Ausführungsform als Atomgrundkörperkupplungsstecker mit Aussparungen, die auf einem kugelförmigen Atomgrundkörper basiert dargestellt. Die drei Plusladungs-Aussparungen liegen an den Positionen F (vorne), A (hinten), E (rechts). Die Positionen W (links), N (nord) und S (süd) haben keine Plus-Ladungsaussparungen. Diese Plusladungs-Aussparungen sind zu der Ladungsvereinigung mit Minusladungs-Steckern von herausnehmbaren Elektronendarstellungen befähigt. In einigen Fällen können Aluminiumatome (bzw. im allgemeinen Metalle) mit solchen Elektronen auch kovalente Bindungen mit anderen Metallen oder Nichtmetallen eingehen. Im Fall einer Aluminiumatomdarstellung, die aus der Aluminiumionendarstellung durch Anstecken von drei Elektronendarstellungen unter Ladungsvereinigung entsteht, würde sich dann ein anteiliger kovalenter Bindungsabstand einer kovalenten Aluminiumverbindungsdarstellung von 7,8 cm ergeben, was in dem Beispielmaßstab einem Kovalenzradius von Aluminium von 125 pm entspricht. Alle sechs Positionen F (vorne), A (hinten), E (rechts), W (links), N (nord) und S (süd) haben jeweils einen ausklappbare Atomgrundkörperkupplungsstecker mit Aussparung für die Anbringung von Kugeln der Elektronenpaarkupplungsstecker von Elektronenpaardarstellungen. Die Aussparung der Atomgrundkörperkupplungsstecker der Metallatomdarstellungen in der bevorzugten Ausführungsform ist genauso aufgebaut, wie die der Wasserstoffatomdarstellungen: Ein Kunststoff oder Gummiblock hat eine holkugelförmige Aussparung, die zur Anbringung der Kugeln der Elektronenpaar-Kupplungsstecker von Elektronenpaardarstellungen geeignet ist und diese nach der Einsteckung festklemmt, so dass man verschiedene Richtungen einstellen kann, welche durch die Klemmung festgestellt werden. Der Gummi- oder Kunststoffblock mit der Aussparung hat an zwei Seiten zwei fest angebrachte Stifte. Auf der anderen Seite sind die beiden Stifte mit einem Bolzen der als Kippgelenk fungiert, mit dem Atomgrundkörper verbunden, so dass die Atomgrundkörperkupplungsaussparungen in verschiedene Positionen geklappt werden können. In der zum Atomgrundkörper hingeklappten Position wie in 37 dargestellt sind die Atomgrundkörperkupplungsaussparungen nicht in der Lage sind sich mit Elektronenpaarkupplungskugeln zu verbinden. Neben der zum Atomgrundkörper hingeklappten Position können die Atomgrundkörperkupplungsaussparungen in verschiedenen Orientierungen ausgeklappt sein können, so dass verschiedene räumliche Geometrien möglich sind (38–40).
  • In 37 (in zwei Perspektiven Frontalansicht von F und Nordansicht von N dargestellt) sind alle Atomgrundkörperkupplungsstecker an den Atomgrundkörper herangeklappt. In dieser Konfiguration sind die Aussparungen der Atomgrundkörperkupplungsausstecker nicht zur Anbringung von Elektronenpaardarstellungen befähigt. Bei Metallen kann dies z. B. in der Gasphase oder im metallischen Zustand der Fall sein. Das Beispiel zeigt die sechs Atomgrundkörperkupplungsstecker als Beispiel für die Anordnung von Koordinationsbindungsstellen von Metallatomdarstelungen im Algemeinen.
  • In 38 (in zwei Perspektiven Frontalansicht von F und Nordansicht von N dargestellt) sieht man dieselbe Aluminiumionendarstellung wie in Figur H1 mit vier der Atomgrundkörperkupplungsaussparungen F (vorne), A (hinten), E (rechts), W (links), in der Weise ausgeklappt, dass sich eine tetraedrische Konfiguration ergibt, wenn man Elektronenpaardarstellungen an den vier ausgeklappten Atomgrundkörperkupplungsaussparungen ankuppelt. Zwei der Elektronenpaarkupplungsaussparungen sind zum Atomgrundkörper hingeklappt (N (nord) und S (süd)) und stehen nicht für Anbringungen von Ligandendarstellungen zur Verfügung.
  • In 39 (in zwei Perspektiven Frontalansicht von F und Nordansicht von N dargestellt) sieht man dieselbe Aluminiumionendarstellung wie in 37 mit vier der Atomgrundkörperkupplungsaussparungen F (vorne), A (hinten), E (rechts), W (links), in der Weise ausgeklappt, dass sich eine tetragonal planare Konfiguration ergibt, wenn man Elektronenpaardarstellungen an den vier Kupplungs-Steckern anbringt. Zwei der Atomgrundkörperkupplungsstecker sind zum Atomgrundkörper hingeklappt (N (nord) und S (süd)) und stehen in dieser Darstellung nicht für Anbringungen von Ligandendarstellungen zur Verfügung.
  • In 40 (in zwei Perspektiven Frontalansicht von F und Nordansicht von N dargestellt) sieht man dieselbe Aluminiumionendarstellung wie in 37 mit allen sechs der Atomgrundkörperkupplungsaussparungen F (vorne), A (hinten), E (rechts), W (links), N (nord) und S (süd) in der Weise ausgeklappt, dass sich eine quadratisch-bipyramidale Konfiguration ergibt.
  • 41 zeigt exemplarisch Atomdarstellungen der ersten, zweiten und dritten Periode in einer bevorzugten Ausführungsform mit Tetraedern als Grundkörper und den zentriert auf den Tetraederpositionen befindlichen festsitzende Elektronendarstellungen und herausnehmbare Elektronendarstellungen jeweils mit Radikalneutral-Steckern, die Radikalneutral-Stecker und Minusladungsstecker in der bevorzugten d6-Drehsymmetrie tragen, Elektronenpaardarstellungen mit Elektronenpaar-Anbringungselementen die als Elektronenpaarkupplungsstecker mit Kugeln dargestellt sind und Atomgrundkörper-Anbringungselemente die als Atomgrundkörperkupplungsstecker mit Aussparungen dargestellt sind.
  • 41 (H): Oben links von 41 ist eine Wasserstoffatomdarstellung gezeigt (weitere Wasserstoffatomdarstellungen finden sich auch in den 31–36). Der tetraederförmige Atomgrundkörper weist einen Plusladungs-Stecker der sich als Aussparung darstellt auf, durch welche die Elektronendarstellung gesteckt ist. Ohne die Elektronendarstellung erhält man einen kugelförmigen oder tetraederförmigen Atomgrundkörper mit Aussparung (Loch), wobei die Aussparung die positive Ladung symbolisiert. Die Elektronendarstellung ragt als Radikalneutral-Stecker aus dem tetraedrischen Grundkörper in der maßstabsgetreuen Länge heraus. Auf der gegenüberliegenden Seite der Aussparung ist an einem oder mehreren Stiften Rohren oder Schläuchen befestigt eine Atomgrundkörperkupplungsstecker mit Aussparung dargestellt welche die Wasserstoffbrücke darstellen kann. Die Kugelkupplungsauspaarung selber ist eine holkugelförmige Aussparung, in einem Gummi- oder Kunststoffblock. An der Kugelkupplungsaussparung sind an der Seite zwei Stifte befestigt, die wiederum an dem Atomgrundkörper befestigt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform können die Stifte mit Hilfe eines Scharniers mitsamt der Kugelkupplungsaussparung an den tetraederförmigen Atomgrundkörper herangeklappt werden an (Siehe auch die Darstellungen in den 31–35).
  • 41 (C): Die Kohlenstoffatomdarstellung wird mit tetraedrischem Grundkörper dargestellt, wobei sich jeweils von den Tetraederpositionen die festsitzenden Elektronendarstellungen erstrecken, welche an ihrem anderen Ende jeweils einen Radikalneutral-Stecker aufweisen. Für den Benutzer ist somit direkt ersichtlich, dass eine Kohlenstoffatomdarstellung 4 kovalente Bindungen darstellen kann.
  • 41 (N): Die Stickstoffdarstellung wird mit tetraederförmigem Atomgrundkörper dargestellt, wobei sich auf drei der Tetraederpositionen festsitzende Elektronendarstellungen befinden. Somit ist für den Benutzer ersichtlich, dass Stickstoffatomdarstellungen drei kovalente Bindungen darstellen können, wenn zudem eine Elektronenpaardarstellung an der Stickstoffatomdarstellung verbleibt. Ferner ist ersichtlich, dass dann die drei angebrachten Atomdarstellungen nicht trigonal planar, sondern pyramidal angeordnet sind. Des weiteren ist offensichtlich, dass bei Ladungstrennung der Elektronenpaardarstellung, die Stickstoffatomdarstellung sogar 4 kovalente Bindungen darstellen kann (entsprechend den 29 und 30). Abschließend erkennt der Benutzer zudem, dass auf die Kugel des Elektronenpaar-Kupplungssteckers der Elektronenpaardarstellung im zusammengesteckten Zustand eine Aussparung eines Atomgrundkörperkupplungssteckers angebracht werden kann, was im Falle einer Metallatomdarstellung eine Komplexverbindung mit einem Metall symbolisieren kann. Das Beispiel des Stickstoff verdeutlicht anschaulich, wie viele Informationen der Benutzer bereits aus einem Baustein des Molekülbaukastens entnehmen kann.
  • 41 (O): Zwei der sechs Außenelektronen werden durch festsitzende Elektronendarstellungen, die einen Radikalneutral-Stecker enthalten wiedergegeben und vier der sechs Außenelektronen werden durch Elektronenpaardarstellungen dargestellt. Eine der Elektronenpaardarstellungen ist entsprechend dem Typ der 24 aufgebaut und damit nicht zur Darstellung von kovalenten Bindungen geeignet. Die andere Elektronenpaardarstellung ist entsprechend dem Typ 23, 27–29 aufgebaut. Somit lassen sich H2O-Moleküle oder H3O+-Ionen bauen, jedoch keine H6O-Moleküle.
  • 41 (Ne): Neon wird exemplarisch auch durch einen tetraederförmigen Atomgrundkörper dargestellt. Da die 8 Außenelektronen grundsätzlich nicht zur Darstellung kovalenter chemischer Verbindungen geeignet sind, werden sie nicht durch Radikalneutral-Stecker dargestellt, sondern durch Elektronenpaardarstellungen des Typs 25, die kein Elektronenpaar-Anbringungselement besitzen, keine Radikalneutral-Stecker öffnen können und keine Ladungstrennung vollziehen können. Die Neonatomdarstellung zeigt somit 4 Elektronenpaardarstellungen vom Typ der 25 welche jeweils weitgehend zentral auf der Tetraederpositionen platziert sind und nicht zur Ausbildung von kovalenten chemischen Bindungen oder anderen Wechselwirkungen verwendet werden können. Dadurch kann der Betrachter erkennen, dass einige der Edelgase chemisch absolut inert sind.
  • 41 (Al): (siehe auch 37 bis 40 einer Aluminiumionendarstellung mit Beschreibung). Die Aluminiumatomdarstellung besteht vorzugsweise aus einem kugelförmigen oder tetraederförmigen Atomgrundkörper mit drei Plusladungs-Steckern mit Aussparung, die sich im Mittelpunkt der jeweiligen Tetraederpositionen des Atomgrundkörpers befinden. In diese Aussparungen der Plusladungs-Stecker sind die Minusladungs-Stecker von drei herausnehmbaren Elektronendarstellungen eingeführt (entsprechend der Elektronendarstellung in 8). Entfernt man die Elektronendarstellungen, so verbleiben die drei Plusladungs-Stecker mit Aussparung im Grundkörper und man erhält ein Al3+-Ion. Auf den anderen Tetraederpositionen ist kein Plusladungs-Stecker mit Aussparung angebracht. Auf den sechs Positionen der tetragonalen Bipyramide entsprechend der 40) sind jeweils die Atomgrundkörperkupplungsstecker mit Aussparung an den Kippgelenken angebracht, welche alle möglichen räumlichen Konfigurationen, unter anderem auch die tetraedrische Konfiguration, annehmen können (wie in den 37–40 gezeigt).
  • 41 (S): Beim Schwefel werden zwei der sechs Außenelektronen durch festsitzende Elektronendarstellungen die einen Radikalneutral-Stecker enthalten dargestellt und die restlichen vier Außenelektronen durch zwei Elektronenpaardarstellungen, die dem Typ der 23, 27–29 entsprechen. Bleiben die Radikalneutral-Stecker der Elektronenpaardarstellungen miteinander verbunden, so hat man eine Schwefelatomdarstellung mit nur zwei chemischen Bindungsmöglichkeiten wie man es z. B. im SF2 findet. Wird eine Radikalneutral-Steckerverbindung einer Elektronenpaardarstellung geöffnet, so ergibt sich eine Schwefelatomdarstellung mit 4 chemischen Bindungsmöglichkeiten und einer geschlossenen Elektronenpaardarstellung, wie man sie z. B. im SF4 findet. Werden hingegen beide Radikalneutral-Steckerverbindungen beider Elektronenpaardarstellungen geöffnet, so ergibt sich eine Schwefelatomdarstellung mit 6 Bindungsmöglichkeiten, wie man sie z. B. im SF6 oder SO3 findet. Zudem ist Schwefel mit den Kugeln der Elektronenpaar-Kupplungsstecker der Elektronenpaardarstellungen befähigt an Aussparungen der Atomgrundkörper-kupplungsstecker angebracht zu werden und damit Wasserstoffbrückenbindungen, Komplexverbindungen und Lewis-Säure-Basebindungen darzustellen.
  • 41 (Cl): Die Elementdarstellungen der dritten Periode haben grundsätzlich einen ähnlichen Aufbau wie die der zweiten Periode. Eines der sieben Außenelektronen wird durch eine festsitzende Elektronendarstellung die einen Radikalneutral-Stecker enthält wiedergegeben und sechs der sieben Außenelektronen werden durch Elektronenpaardarstellungen dargestellt. Die drei Elektronenpaardarstellungen sind ist entsprechend dem Typ 23, 27–29 aufgebaut. Somit lassen sich HCl-Moleküle oder H2Cl+-Ionen bauen, jedoch durch Öffnen der der drei Elektronenpaardarstellungen an den Radikalneutral-Steckern auch F7Cl-Moleküle.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (15)

  1. Molekülbaukasten umfassend Elektronendarstellungen und Atomgrundkörperdarstellungen, wobei eine kovalente chemische Bindung durch ein Verbinden zweier Radikalneutral-Anbringungselemente dargestellt wird, wobei es sich bei dem Radikalneutral-Anbringungselement um einen Anbringungselementtyp handelt, der mit jedem anderen Anbringungselement dieses Typs verbunden werden kann.
  2. Molekülbaukasten umfassend Elektronendarstellungen, wobei jede Elektronendarstellung aus einem Radikalneutral-Anbringungselement verbunden mit einem Minusladungs-Anbringungselement besteht, wobei es sich bei dem Radikalneutral-Anbringungselement um einen Anbringungselementtyp handelt, der mit jedem anderen Anbringungselement dieses Typs verbunden werden kann und es sich bei dem Minusladungs-Anbringungselement um einen männlich/weiblich Anbringungselementtyp handelt, der nur mit dem entsprechenden Gegen-Anbringungselement, dem Plusladungs-Anbringungselement, verbunden werden kann.
  3. Molekülbaukasten gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Radikal durch ein Radikalneutral-Anbringungselement, eine positive Ladung durch ein Plusladungs-Anbringungselement, eine negative Ladung durch ein Minusladungs-Anbringungselement und eine chemische Wechselwirkung durch ein Elektronenpaar-Anbringungselement und ein Atomgrundkörper-Anbringungselement dargestellt werden, wobei es sich bei dem Radikalneutral-Anbringungselement um einen Anbringungselementtyp handelt, der mit jedem anderen Anbringungselement dieses Typs verbunden werden kann, es sich bei dem Plusladungs-Anbringungselement und dem Minusladungs-Anbringungselement um die beiden Anbringungselementtypen einer ersten männlich/weiblich Anbringungselementkombination handelt und es sich bei dem Elektronenpaar-Anbringungselement und dem Atomgrundkörper-Anbringungselement um die beiden Anbringungselementtypen einer zweiten männlich/weiblich Anbringungselementkombination handelt.
  4. Molekülbaukasten gemäß einem der Ansprüche 1–3, wobei es sich bei der Anbringungselementkombination aus Plusladungs-Anbringungselement und Minusladungs-Anbringungselement um einen Anbringungselementkontakt aus einem Stift und einer Aussparung, einem Magnet mit Nordpol und Südpol, einem Klettverschluß aus Haken und Schlaufen, einer Geckohaftung mit Saugnäpfen und Flächen, einer Verbindung aus einem Haken mit einer Öse, einer Plus-Minus-Steckverbindung oder einem anderen männlich/weiblich Anbringungsprinzip handelt.
  5. Molekülbaukasten gemäß einem der Ansprüche 1–3, wobei es sich bei der Anbringungselementkombination aus Elektronenpaar-Anbringungselement und Atomgrundkörper-Anbringungselement um einen Anbringungselementkontakt aus einem Stift und einer Aussparung, einer Steckverbindung aus einer Kugel und einer Kugelfassung, einem Magnet mit Nordpol und Südpol, einem Klettverschluß aus Haken und Schlaufen, einer Geckohaftung mit Saugnäpfen und Flächen, einer Verbindung aus einem Haken mit einer Öse, einer Plus-Minus-Steckverbindung oder einem anderen männlich/weiblich Anbringungsprinzip handelt.
  6. Molekülbaukasten gemäß einem der Ansprüche 1–3, wobei es sich bei der Anbringungselementkombination aus zwei Radikalneutral-Anbringungselementen um einen Anbringungselementkontakt aus zwei Anbringungselementen mit jeweils Stiften und Aussparungen für die Aufnahme der Stifte des jeweils anderen Anbringungselement, um einen Neutralklettverschluß mit Schlaufen und Haken jeweils auf beiden Flächen des Neutralklettverschlusses, um eine Neutralmagnetverbindung, bei der sich Nordpole und Südpole auf jeweils beiden Magneten befinden, um einen Neutralgeckohaftstecker, bei dem sich Saugnäpfe und Haftflächen auf jeweils beiden Flächen des Neutralgeckohaftsteckers befinden, um eine Bajonettverschluss-Schlauchkupplung mit ineinandergreifenden Schienen an beiden Teilen der Bajonettverschluss-Schlauchkupplung, oder um ein anderen neutrales Anbringungs- oder Haftprinzip handelt.
  7. Molekülbaukasten gemäß einem der Ansprüche 1–6, wobei das Radikalneutral-Anbringungselement Stifte und Aussparungen zwischen den Stiften aufweist, wobei die Aussparungen zur Aufnahme der Stifte des zweiten Radikalneutral-Anbringungselements dienen und sich die Stifte entlang der Längsachse der Steckverbindung aus den beiden Radikalneutral-Anbringungselementen erstrecken.
  8. Molekülbaukasten gemäß einem der Ansprüche 1–7, wobei das Radikalneutral-Anbringungselement als Kreisscheibe mit darauf senkrecht angeordneten Stiften ausgebildet ist.
  9. Molekülbaukasten gemäß Anspruch 8, wobei die Kreisscheibe mit den darauf senkrecht angeordneten Stiften drehbar oder in der Weise chiral um die Längsachse der Steckverbindung aus zwei Radikalneutral-Anbringungselementen ausgestaltet ist, so dass sich staggered und eclipsed Einstellungen darstellen lassen.
  10. Molekülbaukasten gemäß einem der Ansprüche 1–9, wobei die die Länge der Darstellung einer kovalenten Bindung und der Abstand der Darstellung einer chemischen Wechselwirkung maßstabsgetreu sind.
  11. Molekülbaukasten gemäß einem der Ansprüche 1–10, wobei eine an einer Atomgrundkörperdarstellung vorhandene und zu chemischen Reaktionen befähigte Elektronenpaardarstellung durch zwei miteinander verbundene Radikalneutral-Anbringungselemente dargestellt wird, die Teil von zwei Elektronendarstellungen sind, die an derselben Atomgrundkörperdarstellung angebracht oder befestigt sind.
  12. Molekülbaukasten gemäß einem der Ansprüche 1–11, wobei eine Atomgrundkörperdarstellung eines Elements über so viele Radikalneutral-Anbringungselemente verfügt, wie dieses Element Valenzelektronen besitzt.
  13. Molekülbaukasten gemäß Anspruch 11, wobei die durch zwei miteinander verbundene Radikalneutral-Anbringungselemente dargestellte Elektronenpaardarstellung an einer Atomgrundkörperdarstellung mit einer Verbindung aus einem Plusladungs-Anbringungselement und Minusladungs-Anbringungselement an der Atomgrundkörperdarstellung angebracht ist.
  14. Molekülbaukasten gemäß einem der Ansprüche 1–13, wobei ein Minusladungs-Anbringungselement durch einen runden, dreieckigen, viereckigen, fünfeckigen, sechseckigen, neuneckigen oder zwölfeckigen farblich gekennzeichneten Stift und ein Plusladungs-Anbringungselement durch eine runde, dreieckige, viereckige, fünfeckige, sechseckige, neuneckige oder zwölfeckige farblich gekennzeichneten Aussparung zur Aufnahme des Stiftes dargestellt wird.
  15. Molekülbaukasten gemäß einem der Ansprüche 1–14, wobei ein Radikalneutral-Anbringungselement über ein flexibles Bindungsglied mit einer Atomgrundkörperdarstellung verbunden ist oder ein Radikalneutral-Anbringungselement über ein flexibles Bindungsglied mit einem Minusladungs-Anbringungselement verbunden ist.
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