1.IV.1964 Stany Zjednoczone Ameryki Opublikowano: 15.11.1967 52910 KI. 42 n, 11/04 MKPG09b £$ Zty UKD Twórca wynalazku wlasciciel patentu Georg Charles Brumlik, Nowy Jork (Stany Zjedno¬ czone Ameryki) Szkieletowy model budowy atomu i czasteczki Przedmiotem wynalazku jest szkieletowy mo¬ del budowy atomu i czasteczki do przedstawia¬ nia i pogladowego wyjasniania geometrycznych i fizycznych zaleznosci budowy atomów, czaste¬ czek, zwlaszcza orbit czastek.Wedlug nowoczesnych teorii wartosciowosci i wiedzy o orbitach molekularnych, popartych wynikami badan w dziedzinie fizyki i chemii, or¬ bity czastek i atomów charakteryzuja sie okreslo¬ nymi ksztaltami, objetoscia i przestrzenna kie- runkowoscia. Geometria poszczególnych orbit cza¬ stek okresla charakter przejsciowego stanu ato¬ mu lub drobiny w reakcjach chemicznych. Wedlug tychze teorii atom otwartej konfiguracji elektro¬ nowej w drobinie jest powiazany z jej innymi atomami wiazaniami elektrowalencyjnymi lub kowalencyjnymi.Zewnetrzna powloka elektronowa ma charakter sferyczny, a jej promien zwie sie promieniem ko- walentnym. Jezeli atom nie jest calkowicie nasy¬ cony, elektronowe powloki zewnetrzne przybie¬ raja inna postac geometryczna niz powloka trwa¬ lej konfiguracji gazu szlachetnego. Powloki te wystepuja nieco poza kowalentny promien ato¬ mu. Owe powloki sa utworzone przez pary wspól¬ nych elektronów: elektron samotny lub elektro¬ ny tworzace pblinuklearne orbity n. Orbity wia¬ zan sygmatycznych, glównie miedzy atomami, nie wplywaja na objetosc drobiny.W drobinach atom moze przybrac szereg geo- 10 15 25 30 metrycznych polozen. Objetosc jego moze ulegac znacznym zmianom, w zaleznosci od budowy dro¬ biny, w sklad której wchodzi. Zarówno ksztalt jak i wielkosc atomu zalezy od stanu jego wzbu¬ dzenia oraz od liczby niepodzielnych par elektro¬ nów. Orbity, które zwiekszaja objetosc atomu po¬ nad jego objetosc przy konfiguracji trwalej, na¬ zwane sa dalej „orbitami wypelniajacymi prze¬ strzen".Model, przedstawiajacy atomy i czasteczki zgod¬ nie z chemicznymi teoriami wartosciowosci i z teoriami budowy molekularnej, powinien wyobra¬ zac wszystkie wspomniane wielkosci zmienne w dokladnej skali.W opisie patentowym amerykanskim nr 308 062 sa opisane modele drobin, które wyraznie przed¬ stawiaja orbity czasteczkowe i atomowe, ich wzgledne ksztalty i dokladne wzajemne zalezno¬ sci fizyczne. Jak wynika z powyzszego opisu pa¬ tentowego, orbity czasteczkowe i atomowe, jak równiez same atomy i czasteczki, wykonane sa jako modele brylowe trójwymiarowe o postaci zblizonej do rzeczywistego ksztaltu geometrycz¬ nego drobin.Niektóre czesci skladowe zestawu modelowego maja np. regularny sferyczny ksztalt, inne zas sa ksztaltu eliptyczno-stozkowego, ksztaltu stozka scietego itd. Tego rodzaju brylowe czesci sklado¬ we, tworzace razem kompletny model, pasuja do¬ kladnie do siebie, dajac po zlaczeniu bryle mo- 529103 delu, który mozna by nazwac czasteczkowym mo¬ delem przestrzennym. Takie modele maja te stro¬ ne dodatnia, ze okreslaja bardzo blisko prawdzi¬ wy ksztalt i geometrie drobin. Ich strona ujem¬ na jest jednak to, ze maja tak rozlegla konfigu¬ racje zewnetrzna, iz trudno jest zaobserwowac wewnetrzne strukturalne szczególy modelu.Celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie modeli o konstrukcji szkieletowej drobin, które obrazuja takze kierunkowosc osi symetrii i plasz¬ czyzn symetrii orbit atomowych i czasteczkowych w trzech wymiarach oraz ilustruja, w skali wzglednej, w jakim stopniu orbity siegaja do wnetrza przestrzeni czasteczkowej.Nastepnym celem niniejszego wynalazku jest przedstawienie modelu drobiny, skladajacego sie z pasujacych do siebie elementów tak ze soba zespolonych, by mogly czynic zadosc wymogom dokladnego przedstawienia jak najbardziej roz¬ maitych drobin z uwzglednieniem mozliwie ich wszystkich szczególów, przy pomocy tylko kilku czesci skladowych i tak przejrzystej konfiguracji szkieletowej, ze zarówno wewnetrzne jak i ze¬ wnetrzne parametry czasteczkowe moga byc z latwoscia ogladane.Kolejnym celem wynalazku jest wykonanie mo¬ delu, którego czesci skladowe zawieraja wydluzo¬ ne czlony rurowe polaczone ze soba zlaczkami katowymi tak rozmieszczonymi, by katy polacze¬ nia mozna bylo zmieniac wedlug wyboru oraz na¬ lezycie i dokladnie zobrazowac odleglosci miedzy atomami, jak równiez wzgledne wielkosci ato¬ mów.Dalszym celem wynalazku jest dostarczenie mo¬ delu drobiny, którego czesci skladowe stanowia kilka prostych elementów, latwych i tanich w produkcji, co umozliwiloby oddanie modelu do sprzedazy po cenie dostepnej dla studentów itp.Zgodnie z wynalazkiem modelowy zestaw cza¬ steczki obejmuje szereg elementów laczacych, które przedstawiaja grupy wartosciowosci i po¬ siadaja odgalezienia rozstawione pod katem dla przedstawienia osi symetrii orbit wartosciowosci atomowej i katów wiazania. Odgalezienia sa ta¬ kich rozmiarów, ze mozna je usuwac i funkcjo¬ nalnie polaczyc z odcinkami rur, które malowane sa w kolorach w celu reprezentowania róznych atomów. Odgalezienia te maja odpowiednio do¬ brane dlugosci dla dokladnego przedstawienia w skali odleglosci wiazania sygmatycznego miedzy powiazanymi atomami oraz promieni Van der Waalsa orbit niepodzielonych par elektronów, or¬ bit n itd.Elementy laczace oraz odcinki rur sa tak pola¬ czone, ze stwarzaja dokladne szkieletowe modele czasteczek, przy czym zestaw moze równiez obej¬ mowac czlony wypelniajace przestrzen. Czlony te sa tak dostosowane, ze mozna je wmontowac do konstrukcji szkieletowej i maja taka wielkosc i ksztalt, ze przedstawiaja powloki Van der Waal¬ sa orbit nieparzystych elektronów, orbit n oraz polinuklearnych orbit Jt.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 (la—lf) przedstawia elementy laczace, w 4 widoku aksonometrycznym, fig. 2 — widok roze¬ branego zespolu, przedstawiajacy sposób w jaki jeden z elementów laczacych polaczony jest z czescia rurowa, fig. 3 — rzut pionowy czesci 5 uwidocznionych na rysunku (fig. 2) w stanie zlozonym, z wyjatkiem jednej czesci odlaczonej, fig. 4 — pionowy rzut pary elementów laczacych, w stanie rozebranym, z odlaczonymi czesciami, elementy te laczy rura, skladajaca sie z dwóch 10 czesci zespolonych elementem laczacym, fig. 5 — model drobiny etylu, fig. 6 — model czasteczki atomu w widoku, fig. 7a — model drobiny zól¬ tego fosforu w widoku, fig. 7b — ten sam mo¬ del (fig. 7a), lecz z czesciami wygietymi lukowo 15 dla przedstawienia wygietych wiazan, w widoku, fig. 8 — czesci modelu atomowego obejmujacego czlon wypelniajacy przestrzen, który przedstawia orbite nieparzystych elektronów, w widoku, fig. 8a — model podobny do modelu z fig. 8, lecz za¬ wierajacy zmodyfikowana postac czlonu wypel¬ niajacego przestrzen, który przedstawia orbite nie¬ parzystych elektronów, przy czym ta ostatnia przedstawiona jest w przekroju, fig. 9 i 9a — przekroje odmian czlonów wypelniajacych prze- 25 strzen, przy czym kazdy z nich przedstawia po¬ wloke Van der Waalsa atomu jednowartosciowe- go, fig. 10 — czesci modelu przedstawiajacego pare atomów i obejmujacego czlon wypelniajacy przestrzen, który obrazuje orbitalna powloke jt, fig. lOa — przekrój czesci modelu podobnej cze¬ sci (fig. 10), lecz zawierajacej odmienna postac czlonu wypelniajacego przestrzen, który obrazuje orbitalna powloke jt, fig. 11 — przekrój rozebra¬ nego modelu pokazujacy sposób, w jaki zlaczony jest czlon wypelniajacy przestrzen, przedstawiony na rysunku (fig. 9a), oraz jak powiazane sa ato¬ my, w celu uwidocznienia powloki Van der Waal¬ sa jednego z atomów, fig. 12 — model drobiny amoniaku, fig. 13 — przekrój zlozonego modelu, 40 gdzie para czlonów wypelniajacych przestrzen wy¬ korzystana jest do przedstawienia obu powlok orbity jt, fig. 14 — perspektywiczny rzut roze¬ branego modelu, przedstawiajacy szkielet oraz czlony wypelniajace przestrzen, polaczone w celu 45 uwidocznienia polinuklearnych orbit jt, tworza¬ cych pierscien typu 0, fig. 15 — przekrój zlozo¬ nej czesci modelu, który przedstawia polinukle- arna orbite Jt typu „I", fig. 16 — perspektywicz¬ ny rzut rozebranego modelu, uwidaczniajacy 50 szkielet i czlony wypelniajace przestrzen, tworza¬ ce czesc modelu, co przedstawia polinuklearna orbite Jt typu „C", a fig. 17 — perspektywiczny rzut modelu w stanie rozebranym tj. szkielet i czlony wypelniajace przestrzen, tworzace mo- 55 del jonu azotanu, majacego polinuklearna orbite Jt typu „Y'\ Pokazane elementy laczace mozna uzyc jako czesci skladowe modeli czasteczkowych. Elemen¬ ty laczace sluza do przedstawiania wiazan warto- 60 sciowosciowych i skladaja sie z cienkich czlo¬ nów cylindrycznych, laczacych sie w centralnym punkcie, który stanowi srodek atomu. Cylindrycz¬ ne elementy skierowane sa na ogól wzdluz osi symetrii orbit wartosci atomowej, przy czym ka- 65 ty, P°d którymi ustawione sa te elementy, doklad-52910 6 nie odwzorowuja katy wiazan w modelach drobin, w stanie zlozonym.W najkorzystniejszej postaci grupy wartoscio¬ wosci sa wykonane w formie metalowych ramion o malej srednicy, polaczonych koncami do wspól¬ nego punktu, który reprezentuje srodek atomu.Te odwzorowania grupy wartosciowosci utrzymu¬ ja swój ksztalt nawet wtedy, kiedy uzywa sie ich do konstrukcji odksztalconych modeli, o któ¬ rych bedzie mowa pózniej, jednakowoz ich katy mozna nastawiac, zginajac rozgalezniki przy po¬ mocy dlugich rurek, sluzacych jako ramiona dzwigni.Ilustruja to nastepujace przyklady konstrukcji czlonów.Cztery kawalki drutu 12 sa polaczone jednym koncem we wspólnym punkcie srodkowym 14, tworzac czworoscian. W takiej postaci katy mie¬ dzy kawalkami drutu wynosza 109° (fig, la).Czlon 16 utworzony jest z pieciu elementów 18.Elementy 18 sa polaczone we' wspólnym punkcie srodkowym 14, tworzac trójscienny stozek po¬ dwójny. W tym wykonaniu trzy elementy 18a, 18b i 18c rozchodza sie promieniowo ze srodkowego punktu 14 w plaszczyznie prostopadlej do pozo¬ stalych dwóch elementów 18e i 18f. Kat miedzy kazda sasiednia para sposród trzech elementów 18a, 18b i 18c wynosi 120°, a kat miedzy dwoma elementami 18e i 18f oraz kazdym z pozostalych trzech elementów — 90° (fig. Ib).Czlon 20 sklada sie z szesciu elementów 22 po¬ laczonych we wspólnym punkcie srodkowym 14 i ustawionych w ksztalcie osmioscianu. Kat mie¬ dzy kazda para sasiednich elementów 22 wynosi w tym wykonaniu 90° (fig. lc).Czlon 24 jest utworzony tylko z dwóch ele¬ mentów 26, polaczonych tak koncami, ze tworza kat prosty. Czlon ten mozna utworzyc odcinajac zbywajace elementy z czlonów 16 lub 20 (fig. Id).Czlon 28 jest utworzony z trzech elementów 30, polaczonych koncami w punkcie srodkowym 14 i tworzacych czesc trójsciennego stozka podwój¬ nego, stanowiacego czlon 16 (fig. Ib). Z czlonu 16 usunieto elementy 18a i 18f (fig. le).Czlon 32 jest utworzony w podobny sposób z zespolu pieciu elementów 34, polaczonych w punkcie srodkowym 14. Jest to czlon 16 (fig. Ib) bez dolnego pionowego elementu 18f (fig. le).Zespalajace czlony, przedstawiajace grupy war¬ tosciowosci, stanowia trzy podstawowe formy przedstawione na rysunku (fig. la, Ib oraz lc).Wybrane rozgalezienia tychze form mozna usu¬ nac, wytwarzajac trzy dodatkowe konfiguracje pokazane na rysunku (fig. Id, le oraz lf).Jak wspomniano poprzednio, czlony laczace przedstawiaja grupy wartosciowosci. Czlony te zawieraja odwzorowanie srodka atomu oraz ra¬ miona, reprezentujace ukierunkowanie orbit war¬ tosciowosci atomowej w przestrzeni. Modele ato¬ mów z kolei polaczone sa ze soba za pomoca ru¬ rek 40 w celu utworzenia modelu wybranej dro¬ biny. Rurki 40 (fig. 2, 3 i 4) sa wykonane z two¬ rzywa kauczuko-podobnego, przy czym maja taka wielkosc, ze mieszcza w sobie i dzieki oporowi tarcia ustalaja polozenie wstawionych do nich ra¬ mion czlonów laczacych lub grup wartosciowosci.Rurki maja dokladnie dobrana dlugosc, stosow¬ nie do wybranej skali, najkorzystniej 5 mm/ang- strem lub 100 mm/angstrem, by mogly dokladnie 5 ilustrowac odleglosc miedzy atomami tworzacymi drobine.Do oznaczania rodzaju atomu uzywa sie kolo¬ rowego tworzywa plastycznego, np. czarnego na oznaczenie wegla, bialego na oznaczenie wodoru, 10 czerwonego — tlenu, niebieskiego — azotu, zól¬ tego — siarki itd.Ilustracja tego jest rysunek (fig. 3), gdzie po wstawieniu czlonu 10 do kazdego konca czarnej rurki 40 zbudowany model przedstawia dwa zwia- 15 zane atomy wegla, a rurka 40 jest dokladna mia¬ ra odleglosci sygmatycznego powiazania miedzy tak polaczonymi atomami.W wypadku, kiedy drobina stanowi polaczenie dwóch atomów róznych pierwiastków, rurka 40 20 ma rózne kolory, by wzrokowo uwidocznic ko- walentne promienie obu atomów na wiazaniu.Na rysunku (fig. 4) przedstawiono modele dwóch róznych atomów do zestawienia w model drobiny.Rurka 40a przymocowana do laczacych elemen- 25 tów lOa, odwzorowujacych wiazanie atomowe, przedstawia w skali jego kowalentny promien.Jest ona krótka, by dokladnie odwzorowac wzgledna wielkosc tegoz promienia. Ma ona tak dobrany kolor, by mozna bylo zidentyfikowac da- 30 ny atom. Rurka 40b natomiast, przymocowana do laczacego czlona lOb wiazania, jest innego koloru dla zaznaczenia, ze odpowiadajacy jej atom jest innym pierwiastkiem. Rurka ta jest nadto dluz¬ sza, dla dokladnego odwzorowania w skali dlu- 35 gosci kowalentnego promienia atomowego. Wolne konce rurek 40a i 40b sa polaczone laczacym kol¬ kiem 42, który w srodku wyposazony jest w od¬ dzielacz 44 o powiekszonej srednicy, by udarem¬ nic calkowite wsuniecie sie kolka 42 do wnetrza jednej z rurek.Zestaw, wykonany z laczacych czlonów oraz rurek, pokazany na rysunku (fig. 5), przedstawia czasteczke etylu.Uzyto dwóch laczacych czlonów 16 (jak fig. Ib), 45 przedstawiajacych trójscienne stozki podwójne, dla przedstawienia usytuowania dwóch atomów wegla w drobinie etylu.Do dwóch wystajacych elementów 18b i 18c kazdego z laczacych czlonów 16 domontowano po- 50 laczone rurki 40, w których krótka czesc wewne¬ trzna 40a o kolorze czarnym reprezentuje charak¬ terystyczna umowna barwe atomu wegla i okresla jego kowalentny promien, a czesc zewnetrzna 40b o kolorze bialym przedstawia atom wodoru po¬ laczony z tym atomem wegla.Dlugosc zewnetrznej czesci rurki 40b jest do¬ brana dla dokladnego zaznaczenia dlugosci pro¬ mienia Van der Waalsa.Calkowita dlugosc polaczonej rurki 40 jest tak 60 dobrana, by mogla sie równac — w skali — su¬ mie kowalentnego promienia wodoru, liczonego w kierunku atomu wegla, oraz promienia Van der Waalsa atomu wegla.Dwa, do siebie skierowane odgalezienia 18a la- 65 czacych czlonów 16, polaczone sa rurka 40c, która 40 5552910 przedstawia miedzyjadrowa odleglosc pomiedzy atomami wegla zaprezentowanymi przez laczace czlony 16. Ten odcinek rurki 40c ma równiez czarny kolor charakterystyczny dla atomów we¬ gla.Laczace czlony 16 zespalaja skierowane ku so¬ bie stojace i zwisajace ramy 36 i 38 o ksztalcie litery „U", utworzone przez równolegle biegnace rurki 40d i 40e zamontowane do ramion 18e i 18f czlonów laczacych 16. Wolne konce rurek 40d i 40e sa polaczone za pomoca laczacych czlonów 24 (fig. Id), z poprzeczna rurka 40f. Dlugosc lub zewnetrzny wystep ram 36 i 38 jest odpowiednio dobrany dla dokladnego oznaczenia srednicy Van der Waalsa drobiny w jej wiazaniach n miedzy atomami wegla przedstawionymi za pomoca la¬ czacych czlonów 16 i 20* Rurki stanowiace ramy 36 i 38 maja równiez kolor czarny, charaktery¬ styczny dla atomów wegla.Na rysunku (fig. 6) pokazano sposób, w jaki mozna laczyc dwie lub wiecej prostokatnych ram, przedstawionych na rysunku (fig. 5), w celu skon¬ struowania modelu 46, przedstawiajacego bardziej skomplikowana budowe molekularna. Na fig. 6 dwie prostokatne ramy 48 i 56, utworzone z od¬ cinków rurowych 40c, 40d, 40e, 40f wraz z para rur 40a, 40b odwzorowujaca kowalentne promie¬ nie atomu wegla i wodoru, zespolone sa w plasz¬ czyznach prostopadlych za pomoca laczacego ele¬ mentu 24 typu przedstawionego na rysunku (fig. Id), który laczy obie prostokatne ramy w ich miejscu spojenia. Model ten przedstawia dro¬ bine allenu (propadienu), przy czym para prosto¬ katnych ram 48, 50 dwóch sasiednich wiazan Jt su¬ geruje brak sprzezenia. W modelu o wypelnionej przestrzeni srodkowy atom 20 wegla nie bylby widoczny.Zestaw dokladnych modeli drobin, majacych niekonwencjonalne katy wiazania — inne niz 90°, 109°, 120° i 180° — byl dotad trudny do pomysle¬ nia i prawie niemozliwy do realizacji przy uzyciu dostepnych modeli. Model wedlug niniejszego wy¬ nalazku wyeliminowal tego rodzaju trudnosc dzie¬ ki gietkosci ramion odwzorowujacych wiazania atomowe oraz dzieki wykonaniu rurek z kauczu- ko-podobnego tworzywa. Na rysunku (fig. 7a) uwidoczniono jako model 52 drobine zóltego fos¬ foru. W modelu uzyto cztery laczace czlony 10 pokazane na rysunku (fig. la) i przedstawiajace atomy fosforu. Trzy ramiona 12 tychze czlonów sa jednakowoz zagiete, tworzac katy 60°, w wy¬ niku czego, po wstawieniu rurek 40 o odpowied¬ nim kolorze do ramion zmienionych laczacych czlonów 10, model ma powierzchnie trójkatów równobocznych.Na rysunku (fig. 7b) uwidoczniono odmiane mo¬ delu, model 54 drobiny zóltego, bezbarwnego fos¬ foru, utworzony w odmienny sposób. Tutaj uzyto czterech laczacych czlonów 10. Ich rozgalezione ramiona nie sa zagiete. Kiedy wstawia sie rurki 40 w celu polaczenia elementów 10 odwzorowuja¬ cych wiazanie atomowe, zostaja one wygiete i przyjmuja ksztalt przedstawiony na rysunku (fig. 7b). Model ten mozna okreslic jako uklad „odksztalcony", przy czym zakrzywiona gietka rurka przedstawia zagiete wiazania. Znieksztal¬ cone wiazania lub wygieta rurke uzyta w mode¬ lach przedstawionych na rysunku (fig. 7a i 7b) mozna zastosowac dla przedstawienia budowy ma- 5 lych pierscieni, pierscieni zawierajacych hetero¬ atomy, oraz modeli czasteczek alifatycznych ze znieksztalconymi katami wiazania.Na rysunku uwidoczniono rózne elementy wy¬ pelniajacej przestrzen, których mozna uzyc wraz 10 z czesciami szkieletowymi, opisanymi poprzednio, dla zobrazowania rzeczywistych ksztaltów geome¬ trycznych atomów jednowartosciowych, elektro- nów walencyjnych oraz orbit n, których nie spo¬ sób reprodukowac w modelu szkieletowym (fig. u 8-17).Splaszczony eliptyczny element 60 przedstawia orbite elektronów (fig. 8). Element 60 wykonuje sie korzystnie z pólsztywnego tworzywa plastycz¬ nego, takiego jak polietylen, przy czym na jego 20 wewnetrznej srodkowej powierzchni utworzony jest otwarty czlon 62 z rurka o rozmiarze umoz¬ liwiajacym polaczenie jej z odcinkiem rurki 40g przymontowanym do czlonów laczacych, np. do czlona 10. Odcinek rurki 40g ma dlugosc odpo- 25 wladajaca promieniom Van der Waalsa. Kied rurka 40g zostanie calkowicie wstawiona do rur¬ ki 64 elementu 60, jej koniec zlaczy sie z wewne¬ trzna powierzchnia czlonu 62. Zewnetrzna po¬ wierzchnia czlonu 62 reprezentuje powloke atomu 30 zwana powloka Van der Waalsa, która ma do¬ kladnie okreslona odleglosc od srodka 14 czlonu 10 atomu. Jest to wzgledny promien atomu liczo¬ ny w kierunku elektronów walencyjnych.Odmiana modelu (fig. 8a) ilustruje orbity elek- 35 tronów. Orbite przedstawia wydrazony czlon 66 o splaszczonym eliptycznym ksztalcie z rurka 68, umieszczona centralnie na jego wewnetrznej po¬ wierzchni. Po zespoleniu czlonu 66 z rurka 40g zamontowana do elementu 10, ta ostatnia rurka 40 40g przechodzi poprzez rurke 68 i wydrazona czesc czlonu 66, siegajac do jego wewnetrznej powierzchni. Zewnetrzna powierzchnia czlonu 66 miedzy punktami a oraz b reprezentuje powloke Van der Waalsa, która ma dokladnie taka sama odleglosc od srodka 14 atomu 10, jak w poprzed¬ nim przykladzie.Elementy 60 i 66* wypelniajace przestrzen, ma¬ ja taki sam kolor co czlon odwzorowujacy atom, którego reprezentuja, i rurka 40g. Jezeli np. rur- 50 ka 40g jest koloru czerwonego, który przedstawia tlen, to elementy 60 i 66 przedstawiajace powloke Van der Waalsa dla tegoz atomu beda równiez koloru czerwonego.Czlonów wypelniajacych przestrzen tego same- 55 go na ogól typu mozna uzyc dla zobrazowania atomów jednowartosciowych, gdzie trzeba poka¬ zac kowalentne promienie oraz powloki Van der Waalsa (fig. 9). Element 70 wypelniajacy prze¬ strzen ma czlon 72 tego samego na ogól typu, co 60 czlon 62 elementu 60 przedstawionego na rysun¬ ku (fig. 8). Element ten ma nieco odmienna kon¬ figuracje, która odpowiada konfiguracji powloki Van der Waalsa atomu jednowartosciowego o po¬ wiazaniu w kierunku nieokreslonym. Krzywizna 35 utworzona na zewnetrznej powierzchni elementu 4552910 10 79 jest dlatego inna niz krzywizna elementu 60.Czlon 72 ma mala rurke 74 na swej centralnej wewnetrznej powierzchni. Do tej rurki mozna dolaczyc odcinek rurki opisanej poprzednio.Odmiana elementu wypelniajacego przestrzen 76 obrazuje powloke Van der Waalsa jednowar¬ tosciowego powiazania atomu (fig. 9a). Element ten ma czlon 78 o ksztalcie wydrazonym, podob¬ nym do elementu 66, przedstawionego na rysun¬ ku (fig. 8a). Czlon 78 ma ksztalt stozka zamknie¬ tego elipsoidalnym przykryciem. W jego dolnym koncu znajduje sie rurowy otwór 80.Na rysunku (fig. 11) uwidoczniono sposób ze¬ spolenia elementu 76 z rurka 40h przymontowana do czlonu 10. Rurka 40d sklada sie z odcinka 40j, o umownym kolorze, reprezentujacego atom jed¬ nowartosciowy, jak np. wodór oraz z odcinka 40k majacego inny kolor dla zaznaczania innego wie- lowartosciowego atomu, takiego jak tlen. Kiedy przy nasuwaniu czlonu 78 na rurke 40h koniec odcinka 40j dosiegnie wewnetrznej powierzchni czlonu 78, wówczas dolny koniec rurki 80 znaj¬ dzie sie w punkcie polaczenia odcinków rurowych 40j i 40k.Zewnetrzna powierzchnia czlonu 78 reprezen¬ tuje powloke Van der Waalsa atomu wodoru.Kowalentny promien atomu tlenu jest oczywiscie widoczny, przy czym odpowiednikiem jego jest odcinek rurowy 40L Element 82, wypelniajacy przestrzen, przedsta¬ wia odwzorowanie geometryczne powloki orbital¬ nej jc (fig. 10). Element 82 zawiera czlon 84 w ksztalcie czaszy elipsoidalnej wraz z wydluzonym kolnierzem 86 usytuowanym na jego wewnetrznej powierzchni. Kolnierz 86 jest takiej wielkosci, ze mozna do niego wstawic pare odcinków ruro¬ wych 40d przedstawiajacych w skali promien Van der Waalsa dla orbity jc. Kazdy z odcinków ru¬ rowych 40d jest przymocowany do elementu 16 odwzorowujacego wiazania atomowe. Po zmon¬ towaniu, zewnetrzne powierzchnie odcinków ru¬ rowych 40d zespalaja sie z wewnetrzna powierz¬ chnia czlonu 84, odtwarzajac wiernie geometrie orbity jc.W rzeczywistosci para takich zestawów, przy¬ mocowanych do elementów 16 wiazan atomo¬ wych — jeden powyzej, a drugi ponizej plasz¬ czyzny symetrii drobiny — przedstawia trójwy¬ miarowa geometrie wiazan typu jc.Odmiana modelu odwzorowuje inna orbite jc 88 podobna do orbity pokazanej na rysunku (fig. 10), lecz wykonana w modelu jako wydrazony czlon 90 o wydluzonym elipsoidalnym ksztalcie, maja¬ cy u dolu kolnierzowy otwór 92. Rurkowe odcin¬ ki 40d wsuwa sie tak daleko do przeciwleglych konców otworu 92 w sposób przedstawiony na rysunku, by zczepialy sie z górna wewnetrzna powierzchnia czlonu 90. Orbita jc jest w zasadzie taka sama jak orbita opisana poprzednio.Rysunek (fig. 12) ilustruje model strukturalny drobiny amoniaku z czlonami 76 — przedstawio¬ nym na rysunku (fig. 9a) — i 66 przedstawionym na rysunku (fig. 8a), które wypelniaja wewnetrzna przestrzen. Do czlonu laczacego lub elementu 10 wiazania atomowego sa przymocowane trzy rurki 40h, których górna czesc 40k ma kolor przedsta¬ wiajacy atom azotu, a dolna czesc 40J kolor przed¬ stawiajacy atom wodoru.Do kazdej rurki 40h jest przymocowany — w 5 sposób opisany poprzednio — czlon 76 wypelnia¬ jacy przestrzen o kolorze reprezentujacym atom wodoru. Do czwartego ramienia elementu 10 przymocowuje sie rurke 40* typu pokazanego na rysunku (fig. 8), o kolorze przedstawiajacym atom 10 azotu, majaca — wypelniajacy przestrzen — czlon 68 typu jak pokazano na rysunku (fig. 8a). Rurka 40g oraz czlon 66 obrazuja geometryczne para¬ metry elektronów walencyjnych, podczas gdy trzy odcinki rurowe 40J oraz odpowiednie wypelnia- 15 jace przestrzen czlony 76 charakteryzuja stereo¬ chemiczne wlasciwosci atomu wodoru. Polaczone zewnetrzne powierzchnie czlonów 6tf i 76 odwzo¬ rowuja powloke w skali Van der Waalsa drobiny amoniaku. 20 Na rysunku (fig. 11) pokazano sposób, w jaki elementy 82 lub 88, wypelniajace przestrzen, sa polaczone z zestawami szkieletowymi dla zobra¬ zowania orbit jc. Szkieletowa struktura 96 przed¬ stawia drobine etylu, podobna do drobin^ przed- 23 stawionej na rysunku (fig. 5).Czlony 88, wypelniajace przestrzen, maja iden¬ tyczna wielkosc i ksztalt. Kazdy z nich — jak opisano poprzednio — stanowi wydrazony czlon 90 w ksztalcie splaszczonej wydluzonej elipsoidy ^ i ma wydluzony centralny otwór kolnierzowy 92 o odpowiedniej wielkosci, by mozna bylo w nim zamocowac centralna czesc ramy 96 w sposób przedstawiony na rysunku. W stanie zlozonym — jak to uwidoczniono na rysunku (fig. 13) — od- 35 cinki ramy 40f sa zamocowane do wewnetrznych powierzchni odnosnych czlonów 90 elementów 88 w taki sposób, ze zewnetrzne powierzchnie tych ostatnich przedstawiaja powloki Van der Waalsa drobiny orbity jt.Polinuklearne orbity jc skladaja sie z zachodza¬ cych na siebie dwóch lub wiecej orbitalnych po¬ wlok elektronowych typu Jt atomu, które znajdu¬ ja sie powyzej i ponizej plaszczyzny symetrii drobiny. Tego rodzaju geometria umozliwia jed- 45 nym wiazaniom jc czesciowe pokrywanie sie z sa¬ siednimi wiazaniami jc lub z orbitami elektronów walencyjnych, dzieki czemu powstaja duze poli¬ nuklearne orbity. Tego rodzaju polinuklearne or¬ bity jc zajmuja znaczna czesc przestrzeni drobiny. 50 Modele wedlug niniejszego wynalazku moga zilu¬ strowac, jak te orbity wypelniaja przestrzen dro¬ biny. Te orbity jc maja na ogól wiele charakte¬ rystycznych ksztaltów, przy czym najpospolitsze z nich podobne sa ksztaltem do liter „O", „C", M „Y" oraz „I" alfabetu.Na rysunku (fig. 14) pokazano czesci modelu, które mozna zlozyc, uzyskujac model orbity aro¬ matycznej jc taka, jaka istnieje w pierscieniu ben¬ zenu. Szkieletowa lub ramowa struktura 98 skla- 60 da sie z elementów wiazan atomowych lub zespa¬ lajacych czlonów 16, polaczonych rurkami 40, przedstawiajacymi wiazania sygmatyczne, i po¬ siadajacych uklad szesciokatny. Stojace i zwisa¬ jace ramiona 18e i 18f zespalajacych czlonów 16 65 laczy sie z rurkami 40d, które przedstawiaja pro- 4052910 11 12 mienie Van der Waalsa atomów wegla w kierun¬ ku orbity Jt.Wypelniajace czlony 100, z których oba maja ksztalt toroidalny, przymocowane sa do rurek 40d, dzieki pierscieniowym kolnierzowym otwo- 5 rom 102 czlonów 100. W te otwory mozna wsta¬ wic rurki 40d. Dwa czlony 100 przedstawiaja po- linuklearne orbity Jt, tworzace kolo. Zewnetrzna powierzchnia odwzorowuje powloke Van der Waalsa. 10 Rysunek (fig. 15) ilustruje sposób, w jaki moz¬ na uzyc modelu do przedstawienia polinuklearnej orbity jt w ksztalcie litery „I" (liniowym). Rama 106 jest utworzona z trzech kolejnych elementów wiazan atomowych, stanowiacych zespalajace 15 czlony 20, które polaczone sa ze soba rurkami 40 i sa wyposazone w elementy rurowe 40d przy¬ mocowane w plaszczyznach prostopadlych do osi ramy. Czlony 108, wypelniajace przestrzen, sa cylindrami z zaokraglonymi koncami, w których 2o znajduje sie otwór 110. Do tego otworu mozna wstawic rurki 40d. Model — w stanie zlozo¬ nym — przedstawia jeden z orbitalnych ukladów jt, wystepujacych w drobinie dwutlenku wegla.Czlony 108 odwzorowuja promienie Van der Waal- 25 sa atomów wegla w kierunku orbity jt.Odmiana czlonów 114 wypelniajacych przestrzen jest uwidoczniona na rysunku (fig. 16). Maja one odpowiednio dobrany ksztalt dla przedstawienia zagietej orbity Jt o ksztalcie litery „C". W tym 30 wypadku rama 116 ma postac dwóch odcinków polaczonych koncami, tworzacych kat rozwarty.Model przedstawia jon azotynu. Trzy zespalajace czlony 16 oznaczaja konfiguracje typu sp2 dwóch atomów tlenu i jednego atomu azotu. Katy 120° 35 miedzy ramionami centralnego, zespalajacego czlonu 16 nadaja czlonom zespalajacym takie po¬ lozenie, ze do szczelin 118 w ksztalcie litery „C" w czlonach 114 mozna wstawic rurki 40d, które przedstawiaja promienie Van der Waalsa w pla- 40 szczyznie orbity Jt.Odmiana modelu (fig. 17), przedstawiajaca jon azotanu (fig. 17) ma rame 122 i cztery zespalajace czlony 16 polaczone rurkami 40, które przedsta¬ wiaja wiazania sygmatyczne i sa ustawione w 4g ksztalcie litery „Y?\ Kazdy z zespalajacych czlo¬ nów 16 laczy stojace i zwisajace rurki 40d. Przy montazu rurki te zostaja wsuniete do otworów 124 w czlonach 126 wypelniajacych przestrzen.Czlony 126 maja postac odwzorowujaca orbity Jt 50 o ksztalcie litery „Y".Jak widac z powyzszego, czlony zespalajace oraz laczace sie z nimi rurki mozna tak usta¬ wiac, by dokladnie odwzorowac uklad kazdego atomu, jonu lub drobiny, przy czym dajace sie 55 do nich zamocowac elementy wypelniajace prze¬ strzen daja wierny obraz powlok Van der Waalsa, orbit Jt, polinuklearnych orbit Jt oraz orbit elek¬ tronów walencyjnych.W powyzszym pokazano i opisano najstosów- 60 niejsze sposoby realizacji wynalazku, co nie wy¬ klucza, ze w modelach mozna dokonac licznych zmian, wprowadzic dodatkowe elementy lub nie¬ które pominac. Mozna np. uzyskac równowazny model, wykonujac wiazania atomowe oraz czlony 65 zespalajace z tworzywa plastycznego w formie wydrazonych rurek i uzywajac kolków wykona¬ nych z trwalego metalu lub tworzywa plastycz¬ nego zamiast rurek do polaczenia wydrazonych rozgalezników wiazan atomowych. PL