در این مقاله نکاتی را در مورد نحوه استفاده از مدل مولکولی برای یادگیری شیمی به شما ارائه می دهیم.

هیچ چیز نمی تواند یک کیت مدل مولکولی خوب برای تجسم سه بعدی مولکول ها را شکست دهد. در این راهنما یاد خواهید گرفت که چگونه از آن استفاده کنید و برای چه چیزی می تواند مفید باشد.

اگر هنوز یکی را ندارید، راهنمای خرید کیت مدل مولکولی ما را بررسی کنید و بهترین مورد را برای خود بیابید!

هندسه مولکولی و پیوند کووالانسی

مدل‌های مولکولی معمولاً در کلاس‌های شیمی آلی استفاده می‌شوند، اما کاربرد آن‌ها به o-chem محدود نمی‌شود. برخی از مفاهیم مهم شیمی عمومی که می توان با یک مدل بهتر درک کرد، هندسه مولکولی و پیوند کووالانسی است.

یک مثال جالب استفاده از آن برای شناسایی استریو ایزومرهای مجتمع های فلزی معدنی یا آلی فلزی است:

اکثر کیت‌های استاندارد با انواع اتم‌ها با تعداد الکترون‌های ظرفیتی قابل اشتراک‌گذاری متفاوت عرضه می‌شوند که به صورت حفره نشان داده می‌شوند. نظریه VSEPR فرض می‌کند که هندسه اطراف هر اتم به آن الکترون‌های ظرفیتی بستگی دارد که یکدیگر را دفع می‌کنند. به همین دلیل، می توانید با استفاده از کیت مدل مولکولی، با بسیاری از پیکربندی های هندسی مختلف تجربه عملی داشته باشید.

 

برخلاف پیوندهای یونی که از اهدا و پذیرش الکترون تشکیل می شوند، پیوندهای کووالانسی نتیجه اشتراک الکترون ها بین دو اتم در یک مولکول است. اشتراک گذاری لزوماً 50/50 نیست، اما با این وجود، قطعات باند استفاده شده در کیت های مدل، یادآور بصری و لمسی خوبی از آن جفت الکترون مشترک هستند.

در هر صورت، اینها برای درک برخی از مفاهیم اساسی بسیار مهم در شیمی عالی هستند.

نامگذاری ارگانیک: آن را با مدل مولکولی خود بسازید!

در حالی که به طور معمول ضروری نیست، کیت های مدل می توانند به شما در مورد برخی از سوالات نامگذاری ارگانیک عمدا روی حیله و تزویر که گاهی اوقات در امتحانات نشان داده می شوند، کمک کنند.

شاید بدانید که اولین قدم شما در نامگذاری یک مولکول آلی، یافتن طولانی ترین زنجیره کربن بدون وقفه است. جایی که آنها سعی می کنند شما را در امتحانات فریب دهند، ترسیم ساختار به گونه ای است که طولانی ترین زنجیره را غیرمعمول کند.

تمرین با مدل‌ها می‌تواند به شما کمک کند تا به دنبال طولانی‌ترین زنجیره بگردید، جایی که ممکن است لزوماً انتظار نداشته باشید آن را در نقاشی پیدا کنید. نگه داشتن فیزیکی مولکول در دست به شما این امکان را می دهد که از هر زاویه ای به آن نگاه کنید تا فریب نخورید.

آلکان ها، آلکن ها و آلکین ها

در شیمی آلی، کیت های مدل مولکولی برای درک برخی از خواص پیوندهای دوگانه و سه گانه بسیار مفید هستند. با این حال، آنها محدودیت های مهمی در اینجا دارند و شما باید هنگام یادگیری شیمی از آنها آگاه باشید.

اگر به یک اتم کربن در کیت خود (معمولاً سیاه رنگ) نگاهی بیندازید، خواهید دید که دارای چهار سوراخ است که می توانید پیوندهایی را در آنجا بچسبانید که نشان دهنده چهار الکترون ظرفیت کربن است. وقتی کربن از طریق پیوندهای منفرد به چهار چیز متصل می شود، هر یک از آن پیوندها ترکیبی از س– و پ-اوربیتال ها در این صورت، از آنجایی که هر چهار پیوند معادل هستند، هر کدام باید داشته باشند sp³ هیبریداسیون (یک قسمت س و سه قسمت پ، به چهار پیوند مساوی تقسیم می شود) و ما به آنها می گوییم سیگما اوراق قرضه. (مسابقه پاپ: این چه هندسه ای است؟ زوایای پیوند چیست؟)

به محض ایجاد پیوندهای دوگانه، همه چیز شروع به تغییر می کند. کیت مدل دارای پیوندهای انعطاف پذیر طولانی تری است که برای تشکیل پیوندهای دوگانه و سه گانه استفاده می شود. با نگاهی به مدلی از مثلاً 2-بوتن، بلافاصله مشخص می شود که دیگر چهار پیوند معادل روی کربن های 2 و 3 وجود ندارد. شما مجبور بودید از قطعات مختلف حتی برای نشان دادن آن پیوندها در مدل خود استفاده کنید.

چیزی که ممکن است از پیوندهای دوگانه مشخص نباشد این است که پیوند انعطاف پذیر در واقع نمایشی از پیوند pi است که باقی مانده است.

اوربیتال های هیبرید، پیوندهای سیگما و پی

کربن اکنون به سه چیز متصل است که یکی از آنها از طریق یک پیوند دوگانه به هم متصل شده است. همانطور که از یک قسمت استفاده کردیم س و سه قسمت پ برای ایجاد چهار sp³ مدارهای قبلی، ما اکنون یک قسمت را خواهیم گرفت س و دو قسمت پ برای ساختن سه sp² اوربیتال های هیبرید شده (دوباره به هندسه و زوایای پیوند توجه کنید). این سه، همگی پیوندهای سیگما را تشکیل می دهند. در مورد آن باقی مانده چه می شود پ? این دومین قطعه طولانی و انعطاف پذیر در پیوند دوگانه شما است – این یک قطعه کاملاً است پ مداری، و پیوندی که ایجاد می کند a نامیده می شود پی رابطه، رشته.

همین امر در مورد پیوند سه گانه نیز صدق می کند: کربن به دو چیز متصل است، بنابراین شما یک قسمت را می گیرید س و یک قسمت پ برای ساختن دو sp اوربیتال های هیبرید شده (پیوندهای سیگما) و دو باقیمانده شما پ اوربیتال ها هر کدام یک پیوند پی را تشکیل می دهند. بنابراین، یک پیوند سه گانه کربن- کربن از یک پیوند سیگما و دو پیوند پی تشکیل شده است.

اکنون، مدل خود را از هر آلکانی که دوست دارید بردارید و توجه کنید که چگونه همه پیوندهای آن چرخش آزاد دارند. بعد، یک مدل از آلکن یا آلکین مربوطه بسازید و سعی کنید حول پیوند دو یا سه بچرخید. شما نمی توانید، درست است؟ در حال حاضر هیچ چرخشی در مورد آن پیوند بدون شکستن یک پیوند وجود ندارد. این یک مفهوم بسیار مهم برای درک در شیمی آلی است، و مدل‌های مولکولی آن را به زیبایی نشان می‌دهند.

اشکال تجسم پیوندهای تک، دوتایی و سه گانه با برخی از کیت های مدل این است که طول پیوندها ممکن است در مقیاس نباشد. یکی از تصاویر Molymod تقریباً به واقعیت نزدیک است، به این معنا که پیوندهای سه گانه کوتاهتر از پیوندهای دوگانه به نظر می رسند، اما همیشه اینطور نیست.

فقط باید به خاطر داشته باشید که، حتی اگر به نظر می‌رسد که فضای بیشتری بین اتم‌ها در پیوند دوگانه شما وجود دارد، این تنها روشی است که قطعات ساخته می‌شوند. در واقع، پیوندهای منفرد طولانی ترین (154 بعد از ظهر) هستند، پس از آن پیوندهای دوگانه (134 بعد از ظهر) و سپس پیوندهای سه گانه (120 بعد از ظهر) قرار دارند.

تجسم کایرالیته و استریوشیمی با یک مدل مولکولی

کایرالیته یکی از پیچیده‌ترین مفاهیم برای دانشجویان ترم اول شیمی آلی است و یک کیت مدل مولکولی واقعاً می‌تواند آن را «کلیک» کند.

روی کاغذ، دیدن تفاوت بین مثلاً (R)-1-کلرواتانول و (S)-1-chloroethanol دشوار است. اما به محض ساختن این دو مدل – تصاویر آینه ای غیرقابل نصب از یکدیگر – خواهید دید که درست مانند دست راست و دست چپ شما، آنها یکسان نیستند.

وقتی می‌توانید یک مدل فیزیکی را در دست بگیرید و آن را در دستان خود بچرخانید، تعیین پیکربندی R/S در اطراف کربن‌های کایرال تقریباً همیشه آسان‌تر است. مهم نیست که مولکول چگونه روی کاغذ به شما ارائه می شود (خطوط و گوه ها، اسب اره، طرح ریزی فیشر، طرح ریزی نیومن و غیره)، یک مدل مولکولی به شما امکان می دهد آن را به صورت سه بعدی ببینید و به درستی جهت دهی کنید.

با این حال، اگر کیت مدل مولکولی در هر آزمونی که ممکن است انجام دهید مجاز نباشد، امکان چرخاندن برجستگی های مختلف و تعیین پیکربندی R/S بدون کمک لمسی ممکن است ضروری باشد. در این مورد، قطعاً انجام آن را به طور کامل روی کاغذ تمرین کنید، اما اگر این موضوع را چالش برانگیز می‌دانید، از مدل به عنوان ابزاری برای کمک به پر کردن شکاف در استدلال فضایی استفاده کنید.

یکی دیگر از کاربردهای شگفت‌انگیز مدل‌های مولکولی در مورد این موضوع، نشان دادن این است که چگونه یک مولکول می‌تواند کربن‌های کایرال داشته باشد و همچنان یک مولکول کایرال نباشد.

به عنوان مثال، همین الان از کیت خود برای ساخت استفاده کنید سیس-1،2-دی کلروسیکلوهگزان، تأیید کنید که واقعاً دارای دو مرکز کایرال است و سپس تصویر آینه ای آن را بسازید. آن تصویر آینه ای را خواهید دید است روی هم قرار می گیرند، و بنابراین، مولکول کایرال نیست.

ادامه دهید و همان را امتحان کنید اما با ترانس-1،2-دی کلرو سیکلوهگزان. در این مورد چه اتفاقی می افتد؟ آیا آن مولکول کایرال است یا خیر؟ نکته: به دنبال هواپیماهای آینه ای باشید.

مانع و واکنش استریک

آخرین موضوعی که در این پست در مورد نحوه یادگیری شیمی با استفاده از کیت مدل مولکولی خواهیم پرداخت مانع فضایی. این یک مفهوم کلیدی در درک واکنش‌های آلی است، زیرا به شما کمک می‌کند ببینید آیا یک هسته دوست یا الکتروفیل معین به اندازه کافی برای شرکت در واکنش در دسترس است یا خیر.

برای مشاهده این، تنها کاری که باید انجام دهید این است که یک زیرلایه اولیه، ثانویه و سوم بسازید. در مورد ما، تفاوت واکنش پذیری را از طریق واکنش جانشینی هسته دوست دو کلروفسفین به شما نشان خواهیم داد.

می دانید که یک پیوند اتمی به یک گروه خروجی خوب مانند هالید (کلرید) یک الکتروفیل است و در تئوری، در برابر حمله هسته دوست آسیب پذیر است. اما آیا می بینید که اگر هسته دوست شما بخواهد با یک گروه ترت بوتیل به یک مرکز الکتروفیل حمله کند، چه مقدار “مواد” بر سر راه آن قرار می گیرد؟ این یک مانع فضایی است، و می تواند بین یک واکنش مستقیم و واکنشی که کاملاً غیر شروع کننده است تفاوت ایجاد کند.

شما به وضوح می بینید که چگونه حضور یک گروه حجیم واقعاً مانع از نزدیک شدن یک هسته دوست خارجی (دافعه بیش از حد!) می شود و واکنش را مسدود می کند و گاهی سرعت واکنش را کاهش می دهد و گاهی به طور کامل آن را شلیک می کند.

اگر علاقه مند هستید، توصیه می کنم برای کسب اطلاعات بیشتر به پست قبلی ما در مورد اثرات فضایی در واکنش های ارگانیک نگاهی بیندازید.

جدا از سرعت واکنش استفاده از کیت مدل مولکولی برای نشان دادن مراحل واکنش‌های جایگزینی و حذف نیز در پیش‌بینی استریوشیمی محصولات مفید است.

انتخاب بهترین کیت مدل مولکولی

اینها تنها برخی از راه هایی هستند که یک کیت مدل مولکولی می تواند به شما در یادگیری شیمی، به ویژه شیمی آلی کمک کند. مولکول های واقعی در سه بعد وجود دارند و زمانی که بتوانید آنها را در دست بگیرید، آنها را دستکاری کنید و از هر زاویه به آنها نگاه کنید، درک بهتری از آنچه واقعاً با آنها می گذرد به دست خواهید آورد. تصاویر این راهنما با استفاده از کیت مولکولی Molymod ساخته شده‌اند، زیرا این کیت تنها کیت مولکولی بود که در هنگام تهیه پست داشتم.

با این حال، اگر می خواهید مطمئن شوید که بهترین کیت مدل مولکولی را خریداری می کنید، ما آزمایشگاه دالتون را به شدت توصیه می کنیم کیت

از نظر قیمت در میانه راه است اما با 306 عدد ارزش بسیار خوبی دارد. به علاوه، دسترسی به نرم‌افزار مدل‌سازی مولکولی سه‌بعدی آنلاین سازنده را دارد. شما همچنین با ضمانت بازگشت وجه آسوده خاطر خواهید داشت.

کیت مدل مولکولی آزمایشگاه دالتون

 

اما اگر تصمیم به خرید یک کیت متفاوت دارید، جای نگرانی نیست!

ما یک بررسی کامل در مورد انتخاب بهترین کیت مدلسازی مولکولی برای مطابقت با تمام نیازهای شما داریم: بررسی کامل ما را اینجا بررسی کنید!

آنها بسیار مقرون به صرفه هستند و ارزش هر پنی را دارند –کیت مدل سازی مولکولی یکی از بهترین سرمایه گذاری هایی است که می توانید در آموزش شیمی خود انجام دهید.