DE202017001060U1

DE202017001060U1 - Atomic model with a checkerboard-like structure

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Publication number: DE202017001060U1
Application number: DE202017001060.7U
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Priority date: 2017-02-27
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2027-02-28

Abstract

Atommodell, dadurch gekennzeichnet, dass es einen planaren, schachbrettartigen Aufbau des Atommodells bis zu einem Feld von 7 × 42 Atommodell-Bausteinen vorsieht und es maximal zwei gleichgroße Baustein-Typen gibt die oberflächlich unterscheidbar sind und diese beiden Atommodell-Bausteine, die Proton und Neutron darstellen, sich ausschließlich abwechselnd, schachbrettartig und planar aufbauen.Atomic model, characterized in that it provides a planar, checkerboard structure of the atomic model up to a field of 7 × 42 model atomic devices and there are a maximum of two equal-sized building block types are superficially distinguishable and these two atomic model building blocks, the proton and neutron represent, build up alternately, checkered and planar.

Description

Schon vor Jahrtausenden versuchten die Menschen Atome und ihre Ordnungen zu ergründen. Erst aber vor etwa 150 Jahren gelang es dem Chemiker D. Mendelejew durch Gewichtsvergleiche der Elemente und Grundstoffe ein Ordnungssystem für die Elemente zu erstellen. Dieses ging als Periodensystem der Elemente in die Geschichte ein und wird bis heute von Physikern und Chemikern genutzt. Danach im 20. Jahrhundert ging es vor allem darum, ein brauchbares Atommodell zu finden. Eines der bekanntesten ist das „Bohrsche Atommodell” von Niels Bohr, der dies auf Grundlage des Atommodells von Ernest Rutherford entwickelte und 1913 vorstellte. Dieses konzentrische Atommodell, wie auch die folgenden Atommodelle und das heute von der Wissenschaft anerkannte Orbitalmodell, sind Kern-Hülle-Modelle. Neben dem Orbitalmodell wird heute in der Lehre und an Universitäten auch das ähnliche Schalen- oder Kugelwolkenmodell genutzt. Auf dem Markt ist das Oritalmodell, beziehungsweise Schalen- und Kugelwolkenmodell in verschiedenen Ausführungen erhältlich, als 3D-Software, interaktives Atommodell, Lehrmittel für Schüler, Atommodell-Puzzle, plastisches Aufhängemodell und als Modell zum allgemeinen Verständnis von Atombindungen. Das bekannte Orbitalmodell zeigt ein kugelförmig aufgebautes Atom mit einem Atomkern mit positiven Protonen und neutralen Neutronen, während sich in der Hülle beziehungsweise in den Orbitalen die negativen Elektronen aufhalten sollen.Thousands of years ago, people tried to fathom atoms and their orders. Only about 150 years ago, the chemist D. Mendelejew succeeded in creating a classification system for the elements by comparing the weight of the elements and basic materials. This went down in history as a periodic table of elements and is still used today by physicists and chemists. After that in the twentieth century, it was all about finding a usable atom model. One of the best known is the "Bohr Atomic Model" by Niels Bohr, who developed this based on the atom model of Ernest Rutherford and introduced in 1913. This concentric atom model, as well as the following atom models and the orbital model recognized today by science, are core-shell models. In addition to the orbital model, the similar shell or spherical cloud model is also used today in teaching and at universities. In the market, the Oritalmodell, or shell and spherical cloud model is available in various designs, as 3D software, interactive atom model, teaching materials for students, atomic model puzzle, plastic suspension model and as a model for the general understanding of atomic bonds. The well-known orbital model shows a spherical atom with an atomic nucleus with positive protons and neutral neutrons, while in the shell or in the orbitals, the negative electrons are to stay.

Die Protonen und Neutronen sind in diesem Atommodell wie Trauben an einem Traubenhenkel, eng beisammen, ansonsten allerdings ohne eine klar erkennbare Ordnung. Die konkrete Form und der Platz der Elektronen sind noch undefinierter, da sie sich in kugel- oder hantelförmigen Wahrscheinlichkeitsräumen aufhalten sollen. Die Orbitale bzw. Schalen und ihre jeweilige Auffüllung mit bis zu 8 bzw. 18 Elektronen, sollen der Grund für die Wertig- bzw. Bindigkeit, und die Edelgaskonfiguration sein. Während einerseits die Teilchenexistenz des Elektrons in Frage gestellt wird, soll das Elektron andererseits für Bindungen mit anderen Atomen zuständig sein. Auch ist mit diesem kugelförmigen Atommodell beispielsweise der Bindungswinkel eines Wasserstoffmoleküls nicht vermittelbar und auch eine Ausrichtung von Atome nur schlecht erklärbar. Die komplizierte und unübersichtliche Konstruktion des Orbitalmodells ist bei genauerer Überprüfung insgesamt wenig überzeugend, wobei sogar die Befürworter dieses Atommodells sagen, dass es unanschaulich sei und nur mathematisch nachvollziehbar. Dennoch soll das Atommodell für Physiker, Chemiker, Lehrende und Lernende die Grundlage zum Verständnis und zur Berechnung der Atom- und Kernphysik sein und die Möglichkeit bieten Versuchsergebnisse zu werten, zu deuten und Vorhersagen zu treffen. Mit dem bestehenden Orbitalmodell ist das aber nicht ausreichend und befriedigend möglich.The protons and neutrons in this atom model are like grapes on a grape handle, close together, but otherwise without a clearly recognizable order. The concrete form and the place of the electrons are even more indefinite, because they should be in spherical or dumbbell-shaped probability spaces. The orbitals or shells and their respective filling with up to 8 or 18 electrons, should be the reason for valence, and the noble gas configuration. On the one hand, while the particle existence of the electron is called into question, on the other hand the electron should be responsible for bonds with other atoms. Also, with this spherical atomic model, for example, the bond angle of a hydrogen molecule can not be mediated and also an orientation of atoms is difficult to explain. On the whole, the complicated and confusing construction of the orbital model is not very convincing on closer inspection, and even proponents of this model of the atom say that it is unintelligible and only mathematically comprehensible. Nevertheless, the atom model for physicists, chemists, teachers and students should be the basis for the understanding and calculation of atomic and nuclear physics and provide the opportunity to evaluate test results, to interpret and to make predictions. But with the existing orbital model this is not sufficient and satisfying possible.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde ein verständliches Atommodell bereitzustellen, das die Verhältnisse und die Struktur eines realen Atoms möglichst gut wiedergibt, um damit sowohl spielerisch als auch lehrhaft den Aufbau und die Struktur der Atome, Atom- und Molekülbindungen, Edelgaskonfigurationen, Bindungswinkel und Bedingungen nachzuvollziehen und vorauszusehen.The invention is therefore based on the object to provide a comprehensive atomic model that reflects the relationships and the structure of a real atom as well as possible to playful as well as instructive the structure and structure of the atoms, atomic and molecular bonds, noble gas configurations, bond angles and conditions understand and foresee.

Das Problem wird erfindungsgemäß damit gelöst, dass ein neues Atommodell zur Verfügung gestellt wird. Das neue „Atommodell mit schachbrettartiger Struktur” verfügt über einen planaren Aufbau, ist überschaubar, berechenbar und bietet durch seine Orientierung an der Realität einen schnellen Zugang zu atomaren Zusammenhängen. Es beruht auf der Erkenntnis, dass sich Atome zweidimensional aufbauen und sich dabei die einzigen Elementarteilchen des Atoms, Proton und Neutron abwechselnd anordnen. Analog dazu werden erfindungsgemäß mit dem neuen Atommodell zwei Bausteine bereitgestellt, die Proton und Neutron verkörpern. Die beiden Bausteine haben dabei die gleiche Größe und Form und können zur Unterscheidung optisch oder akustisch gekennzeichnet werden. Dieses neue Atommodell kann sowohl digital als auch in physischer Ausformung hergestellt werden.The problem is solved according to the invention by providing a new atomic model. The new "atomic model with a checkerboard-like structure" has a planar structure, is manageable, calculable and offers quick access to atomic relationships through its orientation to reality. It is based on the knowledge that atoms build up two-dimensionally, alternating the only elementary particles of the atom, proton and neutron. Similarly, according to the invention with the new atomic model two building blocks are provided which embody proton and neutron. The two blocks have the same size and shape and can be distinguished visually or acoustically to distinguish. This new atomic model can be made both digitally and in physical form.

In der digitalen Ausgestaltung der Erfindung verfügt das neue Atommodell über ein Basisfeld oder -fläche mit einer sicht- oder unsichtbaren Feldeinteilung oder Matrize für bis zu 7 × 42 Atommodell-Bausteinen. Damit entspricht diese Basisfeld mit 294 Atommodell-Bausteinen dem größten Atom, „Oganesson”. Das rechteckige Basisfeld kann also fast bis zu 300 Atommodell-Bausteine aufnehmen. In den Einzelfeldern können die beiden gleichgroßen und Bausteine Proton und Neutron erfindungsgemäß als runde oder mehreckige Bausteine dargestellt werden. Dabei kann auch die gegensätzliche Rotationsrichtung der Atommodell-Bausteine angezeigt werden. Es wäre aber auch möglich die einzelnen Basiseinzelfelder je nach Besetzung eines Einzelfelds mit Farben oder Helligkeitsstufen unterscheidbar zu machen. Ansonsten soll die Unterscheidung der beiden Bausteine, farbig, numerisch oder durch Buchstaben und Wörter realisiert werden. Zur Darstellung der Atommodell-Bausteine und des Basisfelds können alle interaktiven und digitalen Möglichkeiten genutzt werden. Das Basisfeld oder -fläche soll so beschaffen sein, dass die beiden Atommodellbausteine Proton und Neutron, immer nur abwechselnd angeordnet werden können, beziehungsweise immer nur in schachbrettartiger Struktur erscheinen. Damit ergibt sich ein schachbrettartiger Aufbau von den kleinen bis zu den großen Atomen. Gemäß der Erfindung können die Atommodellbausteine eine runde oder eine mehreckige Form haben. Dabei können die Atommodellbausteine auch in diagonaler Weise angeordnet werden. Ebenso kann das vorgegebene Basisfeld auch eine diagonale Struktur beziehungsweise Einteilung aufweisen. Die quadratischen Bausteine berühren sich immer an ihren Eckpunkten, welche den Berührungspunkten der runden Atommodell-Bausteine entspricht. Bei der digitalen Umsetzung der Erfindung soll es möglich sein, dass beispielsweise durch die numerische Eingabe der Ordnungs- oder Massezahlen von Atomen, automatisch die richtige Anordnung der Atommodellbausteine für das jeweilige Atom im rechteckigen Feld erscheint. Also schachbrettartig abwechselnd ein Proton, ein Neutron. Umgekehrt soll beim digitalen Aufbau eines Atommodells automatisch die Anzahl der Protonen und Neutronen angezeigt werden, sowie die Daten die im Zusammenhang mit dem jeweiligen Atom stehen. Dabei soll erfindungsgemäß, bei einer sich aufgrund der Anzahl und Anordnung der Atommodellbausteine ergebenden Edelgaskonfiguration, diese automatisch optisch oder akustisch hervorgehoben werden.In the digital embodiment of the invention, the new atomic model has a base field or surface with a visible or invisible field division or matrix for up to 7 × 42 atom model building blocks. Thus, this basic field with 294 atom model building blocks corresponds to the largest atom, "Oganesson". The rectangular base field can thus accommodate almost up to 300 atom model building blocks. In the individual fields, the two identically sized and building blocks proton and neutron can be represented according to the invention as round or polygonal building blocks. In this case, the opposite direction of rotation of the atomic model components can be displayed. But it would also be possible to make the individual basic individual fields distinguishable depending on the occupation of a single field with colors or brightness levels. Otherwise, the distinction of the two blocks, color, numerical or by letters and words to be realized. All interactive and digital possibilities can be used to represent the atomic model building blocks and the basic field. The basic field or surface should be such that the two atomic module building blocks proton and neutron, can always be arranged alternately, or always appear only in a checkerboard-like structure. This results in a checkerboard-like structure of the small to the large atoms. According to the invention, the atomic model building blocks can be a round or have a polygonal shape. The atomic model components can also be arranged in a diagonal manner. Likewise, the predetermined basic field can also have a diagonal structure or division. The square building blocks always touch each other at their vertices, which corresponds to the points of contact of the round atom model building blocks. In the digital implementation of the invention, it should be possible that, for example, by the numerical input of the order or mass numbers of atoms, automatically appears the correct arrangement of the atomic model building blocks for each atom in the rectangular field. So, in a checkerboard pattern, a proton, a neutron, takes turns. Conversely, the digital structure of an atom model should automatically display the number of protons and neutrons as well as the data related to the respective atom. In this case, according to the invention, in the case of a noble gas configuration resulting from the number and arrangement of the atomic component modules, these are automatically highlighted optically or acoustically.

Weiterhin ist erfindungsgemäß die Umsetzung des Atommodells mit schachbrettartiger Struktur als Computer- oder Videospiel vorgesehen, wobei es erfindungsgemäß darum gehen kann, die richtige Anordnung eines bestimmten Atoms zu finden oder bestimmte Aufgaben zu lösen, die dann optisch oder akustisch bestätigt werden kann. Auch alle anderen Parameter, in Verbindung mit dem Atommodell können optisch oder akustisch und zur Verdeutlichung bestimmter atomarer und molekularer Zusammenhänge erscheinen.Furthermore, according to the invention, the implementation of the atomic model with a checkerboard-like structure is provided as a computer or video game, wherein the invention may be concerned with finding the correct arrangement of a particular atom or solving certain tasks, which can then be confirmed optically or acoustically. All other parameters, in conjunction with the atomic model, can also appear visually or acoustically and to clarify certain atomic and molecular relationships.

Eine andere, physisch greifbare Ausgestaltung der Erfindung, sieht die 3-Dimensionalität des Atommodells vor. Die Atommodell-Bausteine sind dabei als runde oder mehreckige Bausteine geformt, die industriell aus Kunstoff, Metall oder Holz gefertigt werden können. Durch in oder an den Atommodell-Bausteinen, oder dem Basisfeld angeordnete Magnete, oder magnetische Wirkungen, kann ein realitätsnahes Verhalten der Atommodell-Bauisteine bewirkt werden. Beispielsweise indem sich die gleichen Bausteine abstoßen und die ungleichen Bausteine anziehen, wie es auch in der Realität der Fall ist. Dabei wird ein flächiger, schachbrettartiger Aufbau bewirkt. Eine Unterscheidung der beiden Atommodell-Bausteine Proton und Neutron ist durch farbige, numerische oder schriftliche Kennzeichnung oder haptisch vorgesehen. Ebenso ist es erfindungsgemäß möglich auch ein physisches, schachbrettartiges Feld für die Aufnahme der bis zu 294 Bausteine bereit zu stellen. Dieses schachbrettartige Basisfeld kann auch rollbar oder als klapp- opder faltbare Basisfläche ausgeführt werden.Another, physically tangible embodiment of the invention provides for the 3-dimensionality of the atomic model. The atomic model building blocks are shaped as round or polygonal building blocks, which can be manufactured industrially from plastic, metal or wood. By means of magnets arranged in or on the atom model building blocks, or the base field, or magnetic effects, a realistic behavior of the atomic model construction lines can be effected. For example, by repelling the same building blocks and attracting dissimilar building blocks, as is the case in reality. In this case, a planar, checkerboard-like structure is effected. A distinction between the two atomic model building blocks proton and neutron is provided by colored, numeric or written marking or haptic. Likewise, it is possible according to the invention to provide a physical, checkerboard-like field for accommodating up to 294 building blocks. This checkerboard-type basic field can also be carried out as a rollable or as a foldable foldable base surface.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung, sieht das Atommodell mit schachbrettartiger Struktur als ein flächiges Puzzle vor. Dieses kann mit oder ohne Basisfeld umgesetzt werden. Dabei kann jeweils ein Proton oder ein Neutron als ein einziges Puzzleteil ausgeführt werden. Dabei sind die Puzzleteile so beschaffen, dass auf ein Proton-Puzzleteil ein Neutron-Puzzleteil folgen muß und umgekehrt.Another embodiment of the invention provides the atomic model with a checkerboard-like structure as a two-dimensional puzzle. This can be implemented with or without basic field. In each case, a proton or a neutron can be executed as a single puzzle piece. The puzzle pieces are designed in such a way that a proton puzzle piece must be followed by a neutron puzzle piece and vice versa.

Möglich ist es aber auch, jeweils ein bestimmtes einzelnes Atom als ein einziges Puzzleteil auszuführen, das dann mit anderen Teilen ein größeres Atom ergibt. Erfindungsgemäß kann dieses Atom-Puzzlesystem auch auf molekulare Anordungen erweitert werden, indem beispielsweise weitere Puzzleteile hinzukommen Atom- oder Molekülbindungen darstellen.It is also possible, however, to execute a particular single atom as a single piece of a puzzle, which then results in a larger atom with other parts. According to the invention, this atomic puzzle system can also be extended to molecular arrangements by, for example, adding additional puzzle pieces to represent atomic or molecular bonds.

Mit dem neuen flächigen Atommodell mit schachbrettartigem Auifbau können alle bekannten Elemente logisch aufgezeigt werden. Sowohl für Physiker, Chemiker, Lehrende und Lernende bietet es eine wertvolle Hilfe.With the new planar atom model with checkerboard-like awning all known elements can be logically displayed. It is a valuable aid for physicists, chemists, teachers and students alike.

Figurenbeschreibungfigure description

Weitere Merkmale gemäß der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung in Verbindung mit den Ansprüchen.Further features according to the invention will become apparent from the following description of the figures in conjunction with the claims.

Es zeigt:It shows:

1
Draufsicht des erfindungsgemäßen Atommodells mit dem 7 × 42 Bausteine großen Basisfeld und der Darstellung eines Sauerstoffatoms mit runden Atommodell-Bausteinen 1
Top view of the atomic model according to the invention with the 7 × 42 blocks large base field and the representation of an oxygen atom with round atom model building blocks

2
Draufsicht des erfindungsgemäßen Atommodells mit dem 7 × 42 Bausteine großen Basisfeld und der Darstellung eines Neonatoms mit runden Atommodell-Bausteinen. Die Hervorhebung als Edelgas entsteht bei einem mit Atommodell-Bausteinen geschlossenem Rechteck. 2
Top view of the atomic model according to the invention with the 7 × 42 blocks large base field and the representation of a neon atom with round atom model building blocks. The highlighting as noble gas is produced by a closed rectangle with atomic model building blocks.

3
Draufsicht des erfindungsgemäßen Atommodells mit dem 7 × 42 Bausteine großen Basisfeld und der Darstellung eines Silberatoms mit runden Atommodell-Bausteinen. 3
Top view of the atomic model according to the invention with the 7 × 42 blocks large base field and the representation of a silver atom with round atom model building blocks.

4
Draufsicht des erfindungsgemäßen Atommodells mit dem 7 × 42 Bausteine großen Basisfeld und der Darstellung des Uranatoms ²³⁵U mit runden Atommodell-Bausteinen. 4
Top view of the atomic model according to the invention with the 7 × 42 blocks large base field and the representation of the uranium atom ²³⁵ U with round atom model building blocks.

5
Draufsicht des erfindungsgemäßen Atommodells mit dem 7 × 42 Bausteine großen Basisfeld und der Darstellung eines Silliciumatoms mit quadratischen Atommodell-Bausteinen. 5
Top view of the atomic model according to the invention with the 7 × 42 blocks large base field and the representation of a Silliciumatoms with square atomic model building blocks.

6
Draufsicht des erfindungsgemäßen Atommodells mit einem 35 × 35 Bausteine großen Basisfeld und der Darstellung eines Argonatoms mit quadratischen Atommodell-Bausteinen. Die Hervorhebung als Edelgas entsteht bei einem mit Atommodell-Bausteinen geschlossenem Rechteck. 6
Top view of the atomic model according to the invention with a 35 × 35 blocks large base field and the representation of an argon atom with square atom model building blocks. The highlighting as noble gas is produced by a closed rectangle with atomic model building blocks.

7
Draufsicht des erfindungsgemäßen Atommodells als Puzzle oder Baukastensystem mit zwei quadratischen Atommodell-Bausteinen Proton und Neutron, beispielhaft durch P u. N gekennzeichnet, mit jeweils 4 an den Seiten angeordneten Magneten oder Halteteilen. Daneben die perspektivische Darstellung eines bespielhaft aus 4 Atommodell-Bausteinen zusammengesetzten Heliumatoms. Darunter die perspektivische Darstellung der einzelnen mit P und N gekennzeichneten Atommodell-Bausteine. 7
Top view of the atomic model according to the invention as a puzzle or modular system with two square atomic model building blocks proton and neutron, exemplified by P u. N marked, each with 4 arranged on the sides of magnets or holding parts. In addition, the perspective view of an example of four atomic model building blocks composed helium atom. Including the perspective view of the individual atomic structure blocks marked P and N.

8
Draufsicht des erfindungsgemäßen Atommodells als Puzzle oder Baukastensystem mit zwei quadratischen Atommodell-Bausteinen mit entsprechenden Verbindungselementen an den Seiten. Daneben ein beispielhaft zusammengesetztes Heliumatom aus 4 Puzzleteilen. 8th
Top view of the atomic model according to the invention as a puzzle or modular system with two square atomic model building blocks with corresponding connecting elements on the sides. In addition, an exemplary composite helium atom of 4 puzzle pieces.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Protonproton
22: Neutronneutron
33: Basisfeld, -flächeBasic field, area
44: Markierung der EdelgaskonfigurationMarking the noble gas configuration
55: Markierung der 7er Atombaustein-ReihenMarking of the 7 atomic bomb series
66: Eingabe-, AngabefelderInput, indication fields
77: Magnetteil Nordpol/VerbindungselementMagnetic part north pole / connecting element
88th: Magnetteil Südpol/VerbindungselementMagnetic part south pole / connecting element
99: Verbindungselement-außenConnection element outside
1010: Verbindungselement-innenConnection element inside

Claims

Atomic model, characterized in that it provides a planar, checkerboard structure of the atomic model up to a field of 7 × 42 model atomic devices and there are a maximum of two equal-sized building block types are superficially distinguishable and these two atomic model building blocks, the proton and neutron represent, build up alternately, checkered and planar.

Atomic model, according to claim 1, characterized in that atoms are modeled according to the periodic table of the elements depending on the number of atomic model building blocks.

Atomic model, according to claim 1 and 2, characterized in that the noble gas configuration is visible in the atomic model with a corresponding number of blocks in a closed rectangle as inert gas.

Atomic model, according to claim 1 to 3, characterized in that never 2 identical atomic elements, so proton and proton, or neutron and neutron of the atomic model can be arranged side by side.

Atomic model, according to claim 1 to 4, characterized in that proton and neutron are characterized by a different color, feel, material, numerical or written name.

Atomic model, according to claim 1 to 5, characterized in that the atomic model in an orthogonal or diagonal system on a base field, pad or die with the same size round or polygonal atomic devices manner is executable.

Atomic model, according to claim 1 to 6, characterized in that the element name and the chemical and physical information about the respective atom is displayed on the basis of the checkerboard structure and the number of its atomic devices.

Atomic model, according to claim 1 to 7, characterized in that it can be implemented digitally as a teaching system, modular system, computer or video game.

Atomic model, according to claim 1 to 6, characterized in that it is physically executed as a teaching or game system, puzzle or modular system.