DE2137868A1 - Molekulmodell Baukasten - Google Patents

Description

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHGNWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL.-CH ΕΑΛ. ALEK VON KREIS LER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLÖP5CH Dipl. -Ing. Selting

KÖLN^DEICHMANNHAUS

Köln, den 26_o7o1971 Ke/Ax

SPIRING ENTERPRISES 'LIMITED,

"Stoneacre", Bentsbrook Park, North Holmwood, Dorking,

Surrey (England).

Molekülmodell-Baukasten

Die Erfindung betrifft Baukästen für die Herstellung von Molekülmodellen, d_oh. Baukästen mit Teilen, die Atome der verschiedensten Art darstellen, und Teilen, die Valenzbindungen zwischen diesen Atomen darstellen, so daß sowohl einfache als auch komplizierte Molekülstrukturen in dreidimensionaler Weise für die Verwendung in Schulen, Universitäten, Forschungslaboratorien, Museen, Lehrausstellungen USW₀ nachgebaut werden können. Es gibt bereits verschiedene Baukästen für Molekülmodelle. Im allgemeinen gehören diese Baukästen zu zwei verschiedenen Typen» Das am besten bekannte Beispiel des ersten Typs ist durch praktisch kugelförmige "Atome" in verschiedenen Farben gekennzeichnet, die mit Löchern versehen sind, in die die Enden von "Valenzbindungen" in Form von langgestreckten Schraubenfedern eingeführt werden. Der zweite und neuere Typ ist durch das Fehlen langgestreckter "Valenzbindungen" gekennzeichnet. Dieser zweite Typ gehört zur geschlossenen Form, bei der die "Atome" gewöhnlich aus Kunststoffen mit verschiedenen Farben bestehen und zusammenwirkende Stifte (zuv/eilen mit einigen der "Atome" aus einem Stück bestehend) und Löcher aufweisen, v/odurch bei einem aus diesen Teilen

109886/03U

gebildeten "Molekül" alle "Atome" des Moleküls gegeneinanderstoßen, wobei keiner der Verbindungsstifte sichtbar ist«

Erwünscht ist die Möglichkeit, verschiedene Moleküls mit einem einzigen Modell zu veranschaulichen, das die Herstellung von "Molekülen" von vollständig offener Bauweise, "Molekülen" von geschlossener, gedrängter oder enganliegender Bauweise sowie von "Molekülen", in denen sowohl offene als auch gedrängte Teile erscheinen, ermöglicht„ Man könnte annehmen, daß "Moleküle" in gedrängter Bauweise oder Teile solcher Moleküle unter Verwendung der oben beschriebenen "Valenzbindungen" in Schraubenfederform hergestellt werden können, jedoch ergeben sich bei Verkürzung der Federn in einem solchen Maße, daß die damit verbundenen "Atome" gegen—einanderstoßen, erhebliche Schwierigkeiten bei der Verwendung der Federn zum Verbinden und Auseinandernehmen der "Atome", weil die Federn sich zuweilen in den Löchern im Holz oder im anderen V/erkstoff, aus dem die"Atome" hergestellt sind, verklemmen. Hierdurch ergibt sich eine Beschädigung oder ein Bruch der Federn bei gewaltsamer Entfernung aus den Löchern in den "Atomen", in denen sie verklemmt sind. Es ist offensichtlich, daß der oben genannte zweite Typ der bekannten Baukästen für Molekülmodelle sich nicht für die Anfertigung von Molekülen mit offener Bau-

w weise eignet, zu der langgestreckte "Valenzbindungen" gehören,,

Gegenstand der Erfindung sind einfache Baukästen für Molekülmodelle, mit deren Hilfe simulierte Molekülstrukturen mit offener, gedrängter und gemischter offener und gedrängter Bauweise leicht angefertigt werden können.

Der erfindungsgemäße Baukasten zum Zusammensetzen von Molekülmodellen ist gekennzeichnet durch eine Vielzahl von dreidimensionalen Teilen, die verschiedene Atome simulieren und jeweils mit einer Anzahl von Vertiefungen versehen sind, deren Zahl der V/ertigkeit des durch diesen Teil dargostell-

.109886/0314

BAD ORIGINAL

ten Elements des Periodischen Systems entspricht, und durch eine Vielzahl von VaIenzbindungen darstellenden Teilen, von denen jeder an jedem Ende mit einem in die Vertiefungen passenden Zapfen versehen ist, wobei die die Valenzbindungen darstellenden Teile in Form von langen flexiblen Gliedern, im wesentlichen starren Gliedern von mittlerer Länge und in Form von kurzen Gliedern vorhanden sind,,

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen, die in den Abbildungen dargestellt sind, beschrieben»

Fig.1 ist eine Seitenansicht von Teilen, die im Molekülmodell-Baukasten gemäß der Erfindung zur Nachbildung einfacher zweiatomiger Moleküle von offener Bauweise- verwendet werden.

Fig«2 zeigt als Seitenansicht weitere Teile eines Molekülmodell-Baukastens gemäß der Erfindung, die zur Nachbildung eines einfachen zweiatomigen Moleküls von offener Bauweise verwendet werden, wobei sich eine Doppelbindung zwischen den beiden Atomen erstreckt.

Fig.3 ist eine ähnliche Darstellung wie Fig.1, zeigt jedoch ein einfaches zweiatomiges Molekül in geschlossener oder gedrängter Bauweise ο

Figo4a und Fig.4b zeigen als Stirnansicht bzw» Seitenansicht zwei Ausführungsformen für die Enden der bei den in Figol und 2 dargestellten Modellen verwendeten, die "Valenzbindungen" darstellenden Glieder in vergrößertem Maßstab und in größerem Detail.

Fig.5 entspricht der Fig„4b, zeigt jedoch eine andere Ausführungsform.

Wie die Abbildungen zeigen, werden im wesentlichen kugelförmige Atome 1 verwendet» Diese die Atome darstellenden Teile bestehen vorzugsweise aus einem im wesentlichen

109886/03U

BAD ORlGINAt

starren Kunststoff, ζ.B₀ Polyäthylen, Polystyrol oder Polypropylen, Holz kann ebenfalls verwendet werden» Die Atome haben verschiedene Farben, um verschiedene Elemente des Periodischen Systems darzustellen, und sind mit Abflachungen

2 versehen, die in der Mitte jeweils mit einer Vertiefung von runder zylindrischer Form versehen sind. Die Vertiefungen

3 können auch miteinander verbunden sein, wie in Fig_e2 dargestellte Die Zahl der Abflachungen 2 und Vertiefungen 3, die jedes Atom 1 aufweist, hängt von der Wertigkeitszahl ab, die dem entsprechenden Element des Periodischen Systems normalerweise zuzuordnen ist. Beispielsweise stellen die in Fig_o1 dargestellten Atome ein einwertiges Element dar,

ψ und sie könnten weiß gefärbt werden, um Wasserstoff darzustellen. Die in Fig.2 dargestellten Atome 1 stellen ein zweiwertiges Element dar und könnten rot gefärbt werden, um Sauerstoff darzustellen, während die Atome 1 in der gedrängten oder geschlossenen Struktur von Fig.3 erneut ein. einwertiges Element bedeuten und mit einer anderen Farbe als weiß oder rot versehen werden könnten, um andere Elemente außer Wasserstoff oder Sauerstoff darzustellen. Natürlich werden dreiwertige Elemente wie Stickstoff und vierwertige Elemente wie Kohlenstoff durch kugelförmige Atome 1 in anderen Farben (z.B„ blau und schwarz) dargestellt und mit einer entsprechenden Zahl von Abflachungen versehen, die in geeigneter Weise über die Oberflächen der Atome 1 (z.B„ Beispiel mit Winkelabständen von 108 im Fall des Kohlenstoffs) verteilt und mit Löchern versehen sind. Falls erforderlich, können Atome 1 in anderen Farben, die sowohl fünfwertige als auch sechswertigo Elemente darstellen, einbezogen werden, wobei die fünf Vertiefungen odor Löcher 3 der Atome 1 fünfwertige Elemente darstellen und vorzugsweise zueinander einen Winkelabstand auf dor Bnsi κ der Winkalanordnung einer Dreieckspyramide haben, während die Löcher bei Atomen 1, die sechswertige Elemente darstellen, vorzugsweise einen Winkel abstand von 90 * auf der Basis der Winkelanordnung der sechs Flächen eines Würfels haben»

109886/0314

BAD ORlGiNAL

Wenn ein wirklich vollständiger und umfassender Molekülmodell-Baukasten gewünscht wird, der alle oder die meisten Elemente des Periodischen Systems enthält, genügt natürlich nicht die verfügbare Zahl von Farben« In diesem Fall können die Atome 1 durch farbige Streifen und /oder Punkte gekennzeichnet oder auch mit den üblichen Symbolen für die jeweiligen Elemente beschriftet werden,, Normalerweise ist dies jedoch nicht notwendig, da für Ausbildungszwecke und andere ähnliche Zwecke gewöhnlich nur die Darstellung der häufiger vorkommenden Elemente erforderlich ist»

Fig„1 veranschaulicht die Verwendung eines eine "Valenzbindung" darstellenden, im wesentlichen starren Gliedes 4 von mittlerer Länge, während Fig.2 die Verwendung von zwei langen flexiblen "Valenzbindungen" 5 veranschaulichte Die beiden Verbindungsglieder 4 und 5 bestehen vorzugsweise aus einem Kunststoff wie Polyäthylen, Polypropylen oder Polystyrol, und beide sind an ihren gegenüberliegenden Enden mit Zapfen versehen» Fig_o4a und 4b veranschaulichen die Verwendung von Zapfen 6, die einen ganz geringfügig kleineren Durchmesser und eine ganz geringfügig Kleinere Länge als die Vertiefungen 3 in den Atomen 1 haben,, An jeden Zapfen 6 schilei3t sich ein Plansch an, der im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie jede Abflachung 2 hat» Die Flansche 7 erstrecken sich senkrecht zu den Längsachsen der Zapfen 6 und gehen in sich verjüngende Teile 8 über, die'wiederum mit ihren am stärksten verjüngten Teilen in den Rest des V/erkstoffs der jeweiligen Verbindungsglieder oder 5 übergehen,, Die Oberflächenform der sich verjüngenden Teile 8 ist so ausgebildet, daß die Oberflächen glatt in die kugelförmigen Oberflächen der Atome 1 übergehen, wenn die letzteren mit den Enden der Verbindungsglieder 4 und verbunden sind_o Dieses Merkmal ergibt sich deutlich insbesondere aus Figoi und 4b. Um sicherzustellen, daß die Zapfen 6 im festen Eingriff in den Vertiefungen 3 sind, während aie trotzdem ohne Schwierigkeit von Hand herausge-

109886/03U

BAD ORIGINAL

2Ί37868

zogen werden können, sind die Außenflächen der Zapfen 6 mit Rippen 9 versehen (Fig.4a und 4b), die sich vorzugsweise von den Planschen 7 zu den freien Enden der Zapfen ganz leicht verjüngen. Es wurde gefunden, daß vorübergehende Verbindungen mit den vorstehend genannten erwünschten Merkmalen auf diese'Weise hergestellt v/erden können, jedoch wird darauf verwiesen, daß es nicht wesentlich ist, daß vier Rippen 9 pro Zapfen 6, wie in Pig_o4a dargestellt, oder zwei Rippen 9 pro Zapfen, wie in Fig_o4b dargestellt, vorhanden sind.

Fig„5 veranschaulicht eine Konstruktion, die mit der in Fig.4b dargestellten Konstruktion identisch ist mit dem Unterschied, daß der mit Rippen versehene Zapfen 6 durch einen glatten, sich verjüngenden Zapfen 13 ersetzt ist, der so bemessen ist, daß er nachgiebig in einer der Vertiefungen 3 festgehalten wird, wenn er fest in die Vertiefung gedrückt wird₀ Diese Konstruktion ist besonders gut geeignet, wenn, wie dies bevorzugt wird, sowohl die Atome 1 als auch die "Bindungen" 4 und 5 aus Kunststoffen bestehen, die von Natur aus elastisch sind. Die in Fig.5 dargestellte Konstruktion hat gegenüber den in Fig„4a und 4b dargestellten Konstruktionen den Vorteil, dass eine zuverlässige Verbindung mit einem der Atome 1 nicht von den Rippen 9 abhängt, da die Rippen abgebrochen, eingedrückt oder in " anderer Weise deformiert werden können, nachdem der Zapfen sehr häufig verwendet worden ist_o

Fig.3 zeigt ein geschlossenes oder zusammengedrängtes "Molekül" der zu Beginn dieser Beschreibung allgemein erläuterten Art. Zwei Atome 1 sind mit geringem Abstand durch ein kurzes Verbindungsstück oder eine kurze "Bindung" 10 miteinander verbunden, die aus zwei koaxialen Zapfen 6 bzw„ besteht, die mit einer Scheibe 11, gegen deren gegenüberliegende Oberflächen die Atome 1 stoßen, wenn die Zapfen oder 13 in die entsprechenden Vertiefungen 3 eingeführt werden, aus einem Stück bestehen» Die kurze "Bindung" 10

109886/03U

BAD ORIGINAL

wird ebenfalls vorzugsweise aus einem der oben genannten Kunststoffe hergestellt, und die Außenfläche der Scheibe 11 ist als konkave Nut 14 ausgebildet, in die die Fingerspitzen eingeführt werden können, damit ein fester Griff möglich ist, während das kurze Verbindungsstück 10 aus einem der Atome 1 von Hand herausgezogen wirdo Wie Fig.3 zeigt, geht die gekrümmte Oberfläche der Nut 14 in die nach entgegengesetzten Richtungen auseinanderlaufenden Oberflächen der Atome 1 über, wodurch dem gesamten "Molekül" eine glatt verlaufende gekrümmte Oberfläche verliehen wird_o Es ist jedoch auch möglich, die Nut 14 von der Außenfläche der Scheibe 11 wegzulassen und die Oberfläche zu rändeln oder in anderer Weise aufzurauhen, um das Ergreifen der Scheibe zu erleichtern. Die Zapfen der kurzen Verbindungsglieder 10 können in der gleichen Weise wie die Zapfen 6 (mit Rippen 9 versehen) in Fig.4a und 4b oder in der gleichen V/eise wie die Zapfen 13, die in Verbindung mit Fig_c5 beschrieben wurden, ausgebildet sein. Obwohl dies keinesfalls wesentlich ist, sollten die Kunststoffe, aus denen die Verbindungsglieder 4_f 5 und 10 vorzugsweise hergestellt werden, verschiedene Farben haben. Beispielsweise können die im wesentlichen starren Glieder 4 von mittlerer Länge malvenfarbig, die langen flexiblen Verbindungsglieder 5 grau sein und die kurzen Verbindungsglieder 10 die natürliche Farbe der jeweils verwendeten Kunststoffe haben«

Fig. 1 bis 3 zeigen zwar nur sehr einfache "Moleküle", die gemäß der Erfindung gebildet worden sind, jedoch können auch ohne weiteres kompliziertere organische und andere "Moleküle" unter Verwendung entsprechender Anschauungsatome 1 in Verbindung mit den verschiedenen "Bindungen" A, 5 und 10 gebildet werden. Diese "Moleküle" können die vollständig offene Struktur (Fig„1 und 2), die vollständig geschlossene oder gedrängte Struktur (Fig_o3) oder eine teilweise οJTοno und teilweise geschlossene oder gedrängte Struktur biO>en. Die Bi e./'aamkei t und Elastizität der langen

109886/03U

BAD ORIGINAL

Verbindungsglieder 5 ist von erheblichem Vorteil, da es hierdurch möglich ist, diese Verbindungsglieder federnd zu der in Figo2 dargestellten gekrümmten Gestalt zu deformieren, um Doppelbindungen und andere Mehrfachbindungen zu veranschaulichen. Offene Strukturen sind im allgemeinen für den Unterricht in anorganischer Chemie, organischer Chemie und Biochemie bei jüngeren Studenten vorzuziehen, während die geschlossenen oder gedrängten Strukturen, die im Zusammenhang mit dem sehr einfachen Beispiel von Fig.3 beschrieben wurden, vielleicht für den Gebrauch bei.fortgeschrittenen Studenten, in Forschungsinstituten tudgl. zur Herstellung von dreidimensionalen Darstellungen von f komplizierten biochemischen Molekülen zu bevorzugen sind, da eine "offene" Struktur für solche Modelle zwangsläufig etwas groß und unhandlich sein würde und dazu neigen würde, von selbst auseinanderzufallen. Die bevorzugte Herstellung aller verwendeten Teile aus Kunststoffen hat die üblichen Vorteile dieser Materialien, nämlich niedriger Preis, geringes Gewicht, dauerhafte Färbung, leichte Reinigung und Beständigkeit gegen den Angriff durch die meisten Chemikalien, die normalerweise in Schullaboratorien u_odgl_o vorhanden sind_o

EAD ORIGINAL

10 9 8 8 6/031/.

Claims (12)

Patentansprüche

1).Molekülmodell-Baukasten für die Herstellung von Moleküle darstellenden Modellen, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von dreidimensionalen Teilen (1), die verschiedene Atome simulieren und jeweils mit Vertiefungen (3) versehen sind, deren Zahl der Wertigkeit des durch diesen Teil dargestellten Elements des Periodischen Systems entspricht, sowie durch eine Vielzahl von Darstellungszwecken dienenden Valenzbindungen (4, 5, 10), von denen jede an jedem Ende mit einem Zapfen (6, 13) versehen ist, der in eine der Vertiefungen (3) gesteckt werden kann, wobei als Teile, die die Valenzbindungen darstellen, lange flexible Verbindungsglieder (5), im wesentlichen starre Verbindungsglieder (4) von mittlerer Länge und kurze Verbindungsglieder (10) vorhanden sind.

2) Molekülmodell-Baukasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (1) und die Verbindungsglieder, von großer Länge (5), mittlerer Länge (4) und geringer Länge (10) sämtlich aus wenigstens einem Kunststoff hergestellt sind»

3) Molekülmodell-Baukasten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile aus Polyäthylen, Polystyrol oder Polypropylen bestehen.

4) Molekülmodell-Baukasten nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder dreidimensionale Teil (1) im wesentlichen kugelförmig ist, und daß jede Vertiefung (3) im wesentlichen in der Mitte einer entsprechenden Abflachung (2) auf der Oberfläche des jeweiligen kugelförmigen Teils (1) vorhanden ist_o

5) Molekülmodell-Baukasten nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die langen flexiblen Verbindungs-

' glieder (5) und die im wesentlichen starren Verbindungsglieder (4) von mittlerer Länge jeweils hinter den

Zapfen (6, 13) an jedem Ende Plansche (7) aufweisen, die 109886/03U

BAD

sich im wesentlichen senkrecht zu den Längsachsen der Zapfen (6, 13) erstrecken, wobei der maximale Durchmesser der Flansche (7) im wesentlichen ebenso «roß wie der Durchmesser der Abflachungen (2) ist und die Plansche (7) in sich verjüngende Teile (8) übergehen, die ihrerseits an ihren dünnsten Teilen in den Rest der Verbindungsglieder (4, 5) übergehen.

6) Molekülmodell-Baukasten nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes kurze Verbindungsglied (10) zwei koaxiale Zapfen (6, 13) aufweist, die mit einer zwischen den Zapfen befindlichen Scheibe (11) aus einem Stück bestehen.

7) Molekülraodell-Baukasten nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Scheibe (11) als konkave Nut (14) ausgebildet isto

8) Molekülmodell-Baukasten nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Scheibe (11) gerändelt oder in anderer V/eise aufgerauht ist,

9) Molekülmodell-Baukasten nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (6) an den Enden jedes Verbindungsgliedes (4, 5, 10) mit angeformten, im Winkelabstand zueinander angeordneten, sich verjüngenden Rippen (9) versehen sind.

10) Molekülmodell-Baukasten nach Anspruch 1 bis 8,dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (13) an den Enden jedea Verbindungsgliedes (4, 5, 10) sich verjüngen und ao ' bemessen sind, daß sie elastisch und nachgiebig in den Vertiefungen (3) der dreidimensionalen Teile (1), in die sie eingeführt worden sind, gehalten werden.

11) Molekülmodell-Baukasten nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (1), die verschiedene Atome darstellen, unterschiedlich gefärbt sind, um die

entsprechenden Elemente des Periodischen Systems zu 109886/03U

Λ-" ~ΐ_ BADORlGiNAL

identifizieren.

12) Molekülmodell-Baukasten nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die langen elastischen Verbindungsglieder (¹J), die im wesentlichen starren Verbindungsglieder-(4) von mittlerer Länge und die kurzen Verbindungsglieder (10) verschieden gefärbt sind.

BAD ORIGINAL

109886/03U

L e. e r s e i t e