DE1948288A1 - Molekuelmodelle und Atomkalotten und Fuehrungsstifte zu ihrem Aufbau - Google Patents

Molekuelmodelle und Atomkalotten und Fuehrungsstifte zu ihrem Aufbau

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    • G09BEDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
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Description

  • MOLEKULMODELLE UND ATOMKALOTTEN UND FUHRUNGSSTIFTE ZU IHREM AUFBAU Es sind bereits zahlreiche Ausführungsformen von Molekulmodellen bekannt, die für die verschiedensten Zwecke dienen können. Durch eine bekannte Ausführungsform werden Kristallgitter dargestellt; andere Molekülmodelle zeigen die räumlichen Verhältnisse und die Beweglichkeit der Moleküle. Unter diesen Molekülmodellen gibt es solche, die nur das Gerüst der Valenzwinkel darstellen, z. B. Dreiding-Modelle, und solche die auch die Größe und die Gestalt der am Aufbau der Moleküle beteiligten Atome erkennen lassen (Kalotten-Modelle).
  • Bei den bekannten Kalotten-Modellen wird die Verbindung der Atome untereinander, die fest und beweglich (im Sinne von Rotation um die Verbindungsachse) zugleich sein soll, z.B.
  • durch Gumminocken oder durch Druckknöpfe bewirkt. Diese bekannten Kupplungsarten haben sich bei den kleinen Molerillen, wie sie in der klassischen Organischen Chemie zur Darstellung kommen, im allgemeinen recht gut bewährt; beim Aufbau und bei der Handhabung von Modellen der Makromolekularen Chemie ergeben sich aber ernsthafte Schwierigkeiten; die oft aus mehreren hundert bis tausend Atomen bestehenden Makromolekülmodelle brechen meist schon während des Aufbaus wieder auseinander, weil die üblichen Kupplungen versagen.
  • Man hilft sich dann in der Regel eo, dass man die Modelle an Stativen befestigt. Dadurch geht aber ein großer Vorteil der Kalottenmodelle verloren, weil man die Beweglichkeit und die Möglichkeiten der Gestaltänderung der Moleküle nicht mehr demonstrieren kann. Auch die Verwendung von sehr starken Druckknöpfen bringt keine Lösung des Problems, weil dadurch der Aufbau und Abbau der Modelle zu sehr erschwert wird.
  • Gegenstand dieser Erfindung sind Molekülmodello und Atoakalotten und Führungsstifte, die sich zu Molekülmodellen für Moleküle von beliebiger Größe verbinden lassen, bei denen als Kupplungselemente Führung stifte mit Druckknöpfen an den Enden der FUhrungsstifte tnd entsprech.ndeiFührungen mit zum Druckknopf passenden Federn verwendet werden, wobei die Kupplungselemente so angeordnet sind, dass die Druckknöpfe und die Federn in eingekuppelten Zustand im Zentralbereich des Kalottenkörpers liegen. Unter Zentralbereich wird hierbei der Bereich ii Inneren, vorzugsweise im Mittelpunkt und in der Nähe des Mittelpunktes, des Kalottenkörpers im Gegensatz zu den Randzonen des Kalottenkörpers verstanden.
  • Die für den Aufbau der erfindungsgemäßen Molek(llmodelle verwendeten Atomkalotten haben je nach Element, z.B. Kohlenstoff, Sauerstoff, Schwefel, Chlor, Wasserstoff u.dgl., verschiedene Gestalt, sind aber stets im wesentlichen Stegs mente von Kugeln oder in einigen Fällen auch von Ellipsoiden mit einer oder mehreren ebenen Flächen, wie sie durch Abtrennen von mehr oder weniger großen Kugelkappen entstehen.
  • Mit diesen meist kreisförmigen ebenen Flächen grenzen die Atomkalotten aneinander. Dementsprechend sind die Führungen für die Führungsstifte in der Mitte dieser ebenen Kreisflächen so angebracht, dass ste senkrecht zu diesen Flächen zur Kalottenmitte einführen, ohne wesentlich über die ebene Fläche hinauszuragen. Im allgemeinen wird man als Führungen kleine Metallröhrchen mit einem Durchmesser von etwa 2 bis 5 mm verwenden, an derem inneren Ende die Feder zum Festhalten des Druckknopfes befestigt ist. Die Führungen können in der Weise hergestellt werden, dass man zunächst eine entsprechende Bohrung senkrecht zur Kontaktfläche ins Innere der Kalotten führt und dann die Metallröhrchen, z.B. Stahlröhrchen, mit der Feder einführt. Das ist natürlich nur dann möglich, wenn das Federsystem nicht größer ist als der Durchmesser der Bohrung. Sonst muß der Kalottenkörper in zwei Hälften hergestellt werden, die dann nach Anbringung der Führung mit Feder zusammengeklebt oder in anderer Weise vereinigt werden.
  • Besonders einfach ist die Anbringung der Führung immer dann, wenn die Kalotten durch Gießen, Spritzgießen oder Schauen, z.B. von Kunststoffen, mit Hilfe einer Negativform hergestellt werden. Man kann bei diesem Verfahren, das man in der Praxis daher bevorzugen wird, einfach die als Führung dienenden Metallröhrchen mit den Federn in die Form einlegen, so daß sie von dem eingespritzten oder geschäumten Material fest umhellt werden.
  • Die Länge der Führungen richtet sich nach der Größe der Atomkalotten. Wählt man als Maß für die Größe der Kalotten den Durchmesser der zugehörigen Kugeln, so haben diese Kugeln üblicherweise Durchmesser zwischen 15 und 50 ppm, bezogen auf das Modell für das Atom des Kohlenstoff. Während man kleinere Molekülmodelle schon wegen der mit der Anfertigung verbundenen Schwierigkeiten kaum oder nur für spezielle Verwendungszwecke herstellen wird, lassen sich größere Modelle der erfindungsgemäßen Art relativ leicht herstellen und bieten besonders bei der Verwendung im Unterricht Vorteile.
  • In der Regel wird man die Führungen so lang machen, wie es der verfügbare Platz im Inneren der Kalottenkörper zuläßt.
  • Sie sollten mindestens 3 mm lang sein, vorzugsweise aber 5 bis 20 mm, bei größeren Modellen entsprechend größer. Mit zunehmender Länge nimmt die Festigkeit der Kupplungen zu.
  • Im folgenden wird die Erfindung unter Heranziehung der Abbildungen in den beiden Figuren näher erläutert. Bei diesen Abbildungen zeigen Figur 1 einen Querschnitt durch zwei Kalottenkörper mit jeweils einer dargestellten Führung und durch einen Führungsstift Figur 2 einen Querschnitt durch zwei Kalottenkörper, die beide eine Führung und einen fest eingebetteten Führungsstift besitzen.
  • In diesen Figuren sind die Kupplungselemente bestehend aus den Führungsstiften (1) mit Druckknöpfen (2) an den Enden der Kupplungsstifte zu erkennen. Die entsprechenden Führungen (3) mit zu den Druckknöpfen passenden Federn sind so in den Kalottenkörpern (5) angeordnet, dass die Druckknöpfe (2) und die Federn (4) im eingekuppelten Zustand im Zentralbereich des Kalottenkörpers (5) liegen.
  • Bei Molekülmodellen für makromolekulare Stoffe mit kettenförmiger Struktur sollten, die am Zusammenhalt der MolekUlkette beteiligten Atommodelle mindestens zwei Kupplungsstellen haben. Dieses kann man dadurch erreichen, dass die Atommodelle zwei Führungen (3) mit Feder (4) nach der in Abbildung 1 gezeigten Art besitzen, wodurch sich unter Verwendung von losen Führungsstiften (1) die einzelnen Atommodelle untereinander zu einer Kette verbinden lassen. Bei einer anderen Ausführungsform, die die Abbildung 2 zeigt, ist in den einzelnen Atommodellen neben einer Führung (3) mit Feder (4) noch ein mit einem Ende fest eingebetteter Führungsstift (6) vorhanden. Derartige Modelle von einzelnen Atomen lassen sich in besonders einfacher Weise zu einer Kette verbinden, da ihr Zusammenbau besonders leicht erfolgt und man keine Werkzeuge dafür benötigt.
  • Seitengruppen oder Atome, die sich seitlich an der Kette befinden, sind meist keinen großen Belastungen ausgesetzt und können daher auch mit gewöhnlichen Druckknöpfen befestigt werden, wenn man es nicht überhaupt vorzieht, sie an die Atome der Molekülkette anzukleben.
  • Die Feder kann im einfachsten Falle aus einer kleinen Einbeulung am Ende des metallischen Führungsröhrchens bestehen.
  • Das Röhrchen erleidet dann beim Durchdrücken des zum Druckknopf ausgebildeten Endes des Führungsstiftes an der Stelle der Einbeulung eine elastische Deformation und hält auf diese Weise den Führungsstift fest. Normalerweise wird es jedoch vorteilhafter sein, wenn die Feder die bei Druckknöpfen allgemein übliche Form eines gebogenen Stahldrahtes hat, der in einer geeigneten Fassung gehalten ist.
  • Die Führungsstifte mit Druckknopf bestehen in der Regel aus Metall, vorzugsweise Stahl; sie können jedoch auch aus anderen harten und festen Werkstoffen, wie Kunststoffen, z.B.
  • PolyAmiden, Polycarbonaten oder Polyphenyläthern gefertigt werden. Die Länge der Führungsröhrchen (3) im Inneren der Kalotte ist der Länge der Führungsstifte (1) angepaßt, so dass sich jeweils die zusammengehörigen Flächen der Atomkalotten im eingekoppelten Zustand gerade berühren oder sich in geringem Abstand gegenüberstehen. Die Enge des Kontaktes bestimmt die Leichtigkeit, mit der sich die Kalotten um ihre Verbindungsachse drehen und kann durch die Länge des Führungsstiftes im Verhältnis zur Länge der Führung nach Wunsch eingestellt werden.
  • Wegen der bei den meisten Atombindungen gegebenen sogenannten freien Drehbarkeit sollen Führung und Führungsstifte zweckmäßigerweise einen kreisförmigen Querschnitt haben, damit auch im Modell die Atome um ihre Verbindungsachse gedreht werden können. Lediglich in solchen Fällen, in denen keine freie Drehbarkeit gegeben ist, z.B. bei C=C -Doppelbindungen, ist ein nicht kreisförmiger, z.B. sechseckiger oder viereckiger Querschnitt der Führung angebracht, aber nicht unbedingt notwendig, da man die freie Drehbarkeit in solchen Fällen auch auf andere Weise unterbinden kann, indem man z.B.
  • zwei C-Atome mit Doppelbindung fest zusammenklebt und diese Kombination wie e i n e Atomkalotte behandelt.
  • Als Material für de Kalottenkörper (5) eignen sich fast alle Werkstoffe, z.B. Holz, Metall oder Kunststoffe. Da die Modelle der verschiedenen Atome durch verschiedene Farben gekennzeichnet werden und Kunststoffe in beliebigen Farben zu haben sind, während Holz und Metalle nach der Formgebung mit einem Farblack überzogen werden müssen, sind Kunststoffe das bevorzugte Material zur Herstellung der Kalotten. Je nach Art der Beanspruchung kann man sie aus verschiedenen Kunststoffen herstellen, so z.B. aus Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polyamiden, Polycarbonaten oder verschiedenen Gießharzen. Die Fertigung kann zwar auch durch spanabhebende Bearbeitung erfolgen, doch wird man anderen, billigeren Verfahren in der Regel den Vorzug geben. Welche Verfahren im einzelnen verwendet werden, richtet sich nach dem Werkstoff, Gießharze werden in Formen gegossen und härten langsam aus, Thermoplaste wie Polyäthylen oder Polystyrol werden im Spritzguß verarbeitet. Die Führungen (3) und gegebenenfalls, wenn man gemäß Figur 2 vorgeht, auch die Führungsstifte, werden vor dem Gieß- oder Spritzgußvorgang in die Form eingelegt, so dass man sogleich die fertigen erfindungsgemäßen Kalottenmodelle erhält, wobei man sowohl einzelne Atommodelle als auch Modelle von Gruppen aus mehreren Atomen herstellen kann.
  • Besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Kalottenkörper (5) aus Schaumstoffen, wie z.B. Schaumpolystyrol oder Polyurethanschaumstoffen herzustellen. Beim Schaumpolystyrol, das unter der Bezeichnung Styropo im Handel ist, kann man bei der Herstellung folgendermaßen vorgehen: Die Formen, in die die Kupplungselemente, also die Führungen (3) und gegebenenfalls Führungsstifte (6) eingelegt werden, werden mit ungeschäumtem oder nur leicht vorgeschäumteterial gefüllt. Nach Verschließen der Formen werden sie einige Minuten, z.B. durch Eintauchen in heißes Wasser,mit eingeblasenem Wasserdampf oder in einem Wärmeschrank erhitzt. Ähnlich einfach gestaltet sich der Fertigungsvorgang bei der Verwendung von Polyurethanschaumstoffen.
  • Bei Verwendung von Schaumstoffen erhält man Kalotten mit besonders geringem Gewicht, die sich deshalb gerade für die Anfertigung von Makromolekülmodellen ganz besonders gut eignen. Sie sind leicht zu handhaben und ihre Kupplungen werden weniger belastet als bei Modellen aus spezifisch schweren Materialien.

Claims (4)

  1. Patentansprüche:
    if Molekülmodelle und Atomkalotten und Führungsstifte zum ~ Aufbau der Molekülmodelle, dadurch gekennzeichnet, dass als Kupplungselemente Führungsstifte (1,6) mit Druckknöpfen.(2) an den Enden der Führungsstifte und entsprechenden Führungen (3) mit zu den Druckknöpfen passenden Federn (4) verwendet werden, wobei die Kupplungselemente so angeordnet sind, dass die Druckknöpfe (2) und die Federn (4) im eingekuppelten Zustand im Zentralbereich des Kalottenkörpers (5) liegen.
  2. 2. Molekülmodelle und Atomkalotten und Führungsstifte zum Aufbau der Molekülmodelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstifte (1) und die Führungen (3) einen kreisförmigen Querschnitt haben.
  3. 3. Molekülmodelle und Atomkalotten und Führungsstifte zum Aufbau der Molekülmodelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kalottenkörper (5) der Atome und / oder Atomgruppen aus einem harten Kunststoffschaum bestehen.
  4. 4. Molekülmodelle für kettenförmige Makromoleküle und Atomkalotten und Führungsstifte zu ihrem Aufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Atomkalotten (5) aus Polystyrolschaum bestehen und eingebettet in dem Polystyrolschaum metallische Führungen (3) mit Federn (4) angeordnet sind, wobei zur Verbindung der einzelnen Atomkalotten Führungsstifte (1,6) mit zu den Federn (4) passenden Druckknöpfen (2) verwendet werden.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0258126A1 (de) * 1986-08-26 1988-03-02 Marcel Dorier Baueinheit
DE3249651C2 (de) * 1982-12-24 1989-03-30 Tartuskii Gu Raummodell einer molek}lstruktur

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