(57)【要約】【課題】球−棒状模型及び空間重点模型の対応関係が容易に理解でき、分子構造に関する種々の事項を一度に学習可能にする。【解決手段】立方体の８つの角を中心に切り落とし、その際できる三角形が稜線の中央部で交わるような１４面体と、その１４面体の各面を上にしたとき中央の６本の稜線に平らな面を形成した２０面体と、稜線の中央部を中心に直角に１２個の切り落とし面を形成した２６面体と、５角１２面体の２０個の面を中心に直角に切り落として三角形の面を作り、稜線の中央部で交わるようにした３２面体と、中心に連結孔を有する球体と、前記１４面体、２０面体、２６面体および３２面体の各面の中央部に法線方向に設けられた連結孔と前記球体が有する連結孔とに両端が挿入される原子間の距離を表現する原子間杆とを備えて、前記１４面体、２０面体、２６面体および３２面体のいずれかと原子間の距離を表現する原子間杆とを連結して化合物の分子構造を立体的に表現する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立方体の８つの頂角を切り落して三角面を形成し、該三角形が該立方体の稜線の中央部で交わる１４面体と、
該１４面体の３角面を上にしたとき中央の６本の稜線部を切り落して平坦な面に形成した２０面体と、
前記１４面を形成した１４面体の角部を切り落して１２個の平坦面を形成した２６面体と、
５角１２面体の２０個の面を中心に直角に切り落として三角形の面を作り、稜線の中央部で交わるようにした３２面体と、
中心に連結孔を穿設した球体と、
前記１４面体、２０面体、２６面体および３２面体の各面の中央部に法線方向に設けられた前記連結孔と前記球体に穿設された連結孔とに両端が挿入される原子間距離を表現する原子間杆とを備えてなり、
前記１４面体、前記２０面体、前記２６面体、前記３２面体及び前記球体のいずれかを組み合わせ、それらの間を前記原子間杆で連結して化合物の分子構造を立体的に表現することを特徴とする分子模型。
【請求項２】
球、１／２球、１／４球および１／８球と、
上記各球の１つまたは複数を収納することにより、これらの各球を種の結晶の原子配列通りに配置可能な立方体または直方体の透明容器とを備え、
該透明容器を単位格子として該単位格子内の原子配列状態を表現することを特徴とする分子模型。
【請求項３】
外殻部が透明材料または半透明材料にて形成された空間充填模型と、
該空間充填模型とともに原子表示部品を形成するように上記外殻部内に配置された球−棒状模型とを備え、
上記原子表示部品に、これとは少なくとも形状またはサイズが異なる他の原子表示部が、上記球−棒状模型を化学結合手として連結されていることを特徴とする分子模型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学教材等として利用するための分子模型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、知られているように、分子模型には数種の種類があり、その１つは球−棒状の分子模型である。これは、適当な大きさの複数の球に、原子価角に合わせて連結孔をあけ、球の中心間の距離が原子間距離に対応するように棒の両端を上記の連結孔に挿し込んで、各球を連結したものである。
他の１つは空間充填模型またはスチュアート型模型と称されている模型である。これは、分子を構成する原子のフアン・デル・ワールス半径に相当する部品を、結合半径および原子価角に合うように結合したものである。
【０００３】
例えば、エチレン（ＣＨ２  ＝ＣＨ２  ）は平面状分子であり、球−棒状模型では図３９に示すように表わされ、空間充填模型では図４０に示すように表わされる。従来の空間充填模型では、水素原子を表わす半球状部品１１Ｂおよび二重結合を有する炭素原子を表わす三角柱状または丸味を帯びた三角柱状部品１３Ｂを、それぞれ色の異なる不透明なプラスチック材または木材で作り、これらを適当な結合手段（例えば接続杆、磁力結合手段またはスナップ結合手段等）で着脱自在に結合していた。
従って、化学の学習者は、図３９の球−棒状模型で原子間距離、原子価角、原子の空間内配置状態等を学習でき、図４０の空間充填模型によって分子の形状、原子の空間充填状態（パッキング）、立体障害等を学習できる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
英国ナフィールド財団編「ナフィールド化学」、
日本語版、第ＩＶ巻、講談社（昭和４９年３月２０日第２刷発行）、第１９９頁〜第２２８頁
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の分子模型にあっては、分子の構造に忠実であろうとして原子価角や原子間距離の種類を増やし、複雑で使いずらいものとしていた。また、分子構造の学習のためには少なくとも上記２種の球−棒状模型および空間充填型模型が必要であり、かつ生体構成分子のように比較的複雑な分子では、上記２種の模型の対応関係が初学者には多少わかりにくい。また、各模型の組み立ても多少不便であった。
【０００６】
本発明は上記のような従来の課題を解決するものであり、プラトンの正多面体の角を切り落した、１４面体、２０面体、２６面体、３２面体、球などの多面体をその原子表現体とすることにより、原子や分子の軌道概念に立脚した標準的な原子価角を使用して、分かり易く簡潔にし、かつ対称性の高い多面体を使用したことにより、分子の持つ対称性を見てわかり易いものとした、また、２種の球−棒状模型および空間充填型模型の対応関係が容易に理解でき、分子構造に関する種々の事項が一度に学習できる分子模型を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のために、請求項１の発明にかかる分子模型は、立方体の８つの頂角を切り落して三角面を形成し、該三角形が該立方体の稜線の中央部で交わる１４面体と、該１４面体の各面を上にしたとき中央の６本の稜線部を切り落して平坦な面に形成した２０面体と、前記１４面を形成した１４面体の角部を切り落して１２個の平坦面を形成した２６面体と、５角１２面体の２０個の面を中心に直角に切り落として三角形の面を作り、稜線の中央部で交わるようにした３２面体と、中心に連結孔を穿設した球体と、前記１４面体、２０面体、２６面体および３２面体の各面の中央部に法線方向に設けられた前記連結孔と前記球体に穿設された連結孔とに両端が挿入される原子間距離を表現する原子間杆とを備えてなり、前記１４面体、前記２０面体、前記２６面体、前記３２面体及び前記球体のいずれかを組み合わせそれらの間を前記原子間杆で連結して化合物の分子構造を立体的に表現することを特徴とする。
【０００８】
これにより、分子の外形と化学結合を含む三次元の分子構造を化学の初学者にも理解可能に表現できる。また、量子力学でいう、ｓ軌道、ｐ軌道、ｓｐ軌道、ｓｐ２、ｓｐ３、ｄｓｐ３、ｄ２ｓｐ３などの軌道概念に立脚した原子表現体ができる。また、１４面体、２６面体では１４面体の各面を上にしたとき中央の６本の稜線から片面を６０°ずらすことにより、６方晶系の結晶構造を表現できる。
【０００９】
また、請求項２の発明にかかる分子模型は、球、１／２球、１／４球および１／８球と、上記各球の１つまたは複数を収納することにより、これらの各球を種の結晶の原子配列通りに配置可能な立方体または直方体の透明容器とを備えて、該透明容器を単位格子として該単位格子内の原子配列状態を表現することを特徴とする。
【００１０】
これにより、簡単に種々の結晶模型を形成でき、外部から透視して原子模型を看取ることができ、単位格子や４配位、６配位、８配位、１２配位などの把握が極めて容易となる。
【００１１】
また、請求項３の発明にかかる分子模型は、外殻部が透明材料または半透明材料にて形成された空間充填模型と、該空間充填模型とともに原子表示部品を形成するように上記外殻部内に配置された球−棒状模型とを備え、上記原子表示部品にこれとは少なくとも形状またはサイズが異なる他の原子表示部が、上記球−棒状模型を化学結合手として連結されていることを特徴とする。
【００１２】
これにより、この球−棒状模型は、前記多面体構造により発生したｓ軌道、ｐ軌道、ｓｐ軌道、ｓｐ２、ｓｐ３、ｄｓｐ３、ｄ２ｓｐ３などの軌道を表現する標準的なアングルに立脚した模型を形成し、分子の対称性の理解に役立つことになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図について説明する。本発明は、空間充填模型の非末端原子表示部品の外殻部を透明ないし半透明材料で構成し、上記非末端原子表示部品の内部に球−棒状模型を配置した分子模型である。ここに、「非末端原子」は、分子中の連鎖の末端でなく鎖中に存在する原子を意味し、例えば式（１）に示すような化合物（すなわち、アクリル酸）では、＊印の付いた原子が「末端原子」であり、＊＊印の付いた原子が「非末端原子」である。
【００１４】
【化１】
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【００１５】
図１は、エチレン（ＣＨ２  ＝ＣＨ２  ）の分子模型の平面図である。この分子模型の原子表示用部品の外形は従来の空間充填模型の外形と同じであるから、外形の詳細な説明は省略する。水素原子を表わす部品１１は、図２および図３に示すように半球形であって、このような末端原子表示部品は外殻部４１が透明ないし半透明のプラスチック材料からなり、あるいは従来の場合と同様に不透明であってもよい。また、不透明の場合でも分子構造の学習に大きい障害とはならない。上記外殻部４１が透明である場合には、その中の所定の位置に、球−棒状模型の小球１５が入れられ、これに結合管４３が固定され、この結合管４３は外殻部４１に固定されている。他の原子表示部品と接続するための接続杆３３の一端部が結合管４３に固定状態で挿入されているが、これはなくてもよい。
【００１６】
また、図１において、三角柱状の部品１３は非末端原子表示部品の１種でありエチレン中の二重結合で結合された炭素原子（＞Ｃ＝）を表わすものである。これは、ベンゼン中の炭素原子の表示のためにも使用されるので、模型製造業界ではベンゼン型部品と称されている。
上記部品１３は、図４および図５に示されるように、三角柱または丸味を帯びた三角柱の外形を有し、その外殻部２２が透明ないし半透明のプラスチック材料で作られている。その外殻部２２の中の化学結合手を表わす部材、すなわち球−棒状模型の各部材が平面的に配置されている。
【００１７】
例えば、小球２５に３本の結合管２７、２９、３１の各一端が所定の角度（例えば１２０度）に取り付けられ、一方、部品１３の外殻部２２を構成するプラスチック材の所定の位置（すなわち、この三角柱の側面の中心）に連結孔が開けられ、この連結孔に上記の結合管２７、２９、３１の各他端が固定されている。なお、これらの結合管２７、２９、３１のうちの１本ないし２本には、他の原子表示用部品と接続するための接続杆３３が着脱自在に取り付けられる。
このような二重結合炭素原子表示用の部品（いわゆるベンゼン型部品）１３と同様な三角柱型の部品が、アミド結合窒素（−ＮＨ−）の表示のために使用されるが、炭素と窒素とはそれぞれ別々の色の部品で表示するのが便利である。例えば、炭素は薄黒色、窒素は青色、水素は白色、酸素は赤色、塩素は緑色というように原子の種類を色で区別すると便利である。
【００１８】
上記部品１３は、その通称名「ベンゼン型部品」から明らかなようにベンゼン環表示用部品としても使用される。図６はベンゼン（Ｃ６  Ｈ６  ）を表わす模型の平面図であって、これは三角柱状の炭素原子表示用の部品１３と半球状の水素原子表示用の部品１１とからなるものである。この図６に特に明瞭に示されているように、空間充填模型の外形と球−棒状模型の形態とが同時に表示でき、両者の対応関係も一目瞭然である。
図７は、式（２）に示すようなジホルミルヒドラジンの分子模型の平面図である。
【００１９】
【化２】
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【００２０】
この化合物の分子は平面状分子であって、水素原子を除く骨格連鎖Ｓ形に屈曲している。この分子の中の２個の炭素原子はいずれも二重結合を有するから、分子模型では三角柱状の炭素原子表示用の部品（いわゆるベンゼン型部品）１３を使用する。上記ジホルミルヒドラジン分子の中の２つの窒素原子はいずれもアミド結合型であるから、これは三角柱状のアミド型の部品１５で表わされる。水素原子は半球状の部品１１で表わされる。上記化合物中の酸素原子は末端原子であるから、これもまた半球状の部品１４であらわされるが、その寸法は勿論水素原子表示部品１１の寸法よりかなり大である。上記ジホルミルヒドラジン分子には平面Ｓ形のＯ−Ｃ−Ｎ−Ｎ−Ｃ−Ｏの連鎖が存在するが、本発明に係る分子「外形」との対応関係もはっきりわかる。
【００２１】
また、メタン（ＣＨ４  ）等の分子の中の炭素原子は、式（３）に示す通りであり、これが空間充填模型では、正四面体または丸味を帯びた正四面体の形の部品で表わされる。
【００２２】
【化３】
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【００２３】
従って、図８に示すように、正四面体の外殻部５２が透明ないし半透明のプラスチック材で作られ、その中に炭素原子の球−棒状模型が配置される。この球棒型模型は、多面体模型により発生したｓ軌道、ｐ軌道、ｓｐ軌道、ｓｐ２、ｓｐ３、ｄｓｐ３、ｄ２ｓｐ３等の軌道概念を表現するアングルに立脚した模型である。すなわち、小球（または球に似た多面体）５３に、４本の化学結合手表示用の結合管５５、５７、５９、６１の各一端が所定の方向に接続される。そして、これらの結合管の各他端は正四面体型の外殻部５２の各面（正三角形）の中心部に固定されている。なお、管５５、５７、５９、６１のうちの１〜３本に接続杆３３を予め取り付けておくと便利である。このようにして組み立てられた部品を正四面体型の部品と称する。
【００２４】
さらに、図９は、式（４）に示すような蛋白質中のグリシンを表わす分子模型を示す。
【００２５】
【化４】
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【００２６】
これは、三角柱状のアミド型窒素原子表示部品１５に四面体型炭素原子表示部品５１および三角柱状の炭素原子表示部品１３が接続されるとともに、水素原子（または水素イオン）を表わす４個の半球状部品１１が接続され、さらに、末端原子である酸素原子（または−ＣＯＯ−  中のイオン状の酸素）を表わす２個の大形球状部品１４が接続されている。
この分子は平面状分子ではないので図面では構造がわかりにくいが、実際に模型を組み立てると、分子の形状および化学結合鎖の状態およびそれらの対応関係がよくわかる。
【００２７】
図１１および図１２はアルコール性水酸基（−ＯＨ）中の酸素原子のような、原子（主として連鎖中に存在する２価原子）を表わす部品７０の斜視図である。
図１１はその拡大断面図である。この型の部品は一般に｀屈曲原子表示部品と称されている。これは、球を直径方向に所定の角度（例えば７０°３２´度）に切り取ったような形を有する。この外形を有する透明な外殻部７１，７２，７４の中に、小球７３と結合管７９および８０とが接続されてなる球−棒状模型が固定され、必要に応じて接続杆３３を取り付けることができる。
上記の屈曲原子表示部品を使用した分子模型の一例として、図１２に示すようなメチルアルコール（ＣＨ３  ＯＨ）の分子模型がある。この分子模型の中の式（３）に示すような炭素原子は正四面体型部品で表わされ、これに、３個の水素原子表示用半球状部品１１が接続され、さらに、水酸基中の酸素を表わす屈曲原子表示部品７０が接続され、さらに、水酸基中の酸素を表わす屈曲原子表示部品７０が接続され、水酸基中の水素原子を表わす半径状の部品１１が接続されている。
【００２８】
図１３は、直線状結合（結合角１８０度を形成する原子、例えば、三重結合炭素原子）を表わす部品、すなわち、直線型部品８１の斜視図である。これは、短円筒状または円板状の形体を有する透明な外殻部８４の中に、軸方向に直線状形態の球−棒状の分子模型を配置したものである。すなわち、小球８３に２本の結合管８８および９０が直線状に接続され、結合管８８、９０の他端が外殻部８５の所定の位置８６および８７に取り付けられている。直線型部材の使用例として図１４に示すようなアセチレン（ＣＨ≡ＣＨ）を表わす分子模型がある。アセチレンは直線状分子であって、その模型は、三重結合の炭素原子を表わす２個の直線型部品８１と、その両端の部品１１とからなる。
【００２９】
本発明に係る分子模型は、プラスチック等で作るのが一般に便利である。球−棒状模型の部分は非常に摩耗に強いポリアセタール樹脂で作るのが好ましく、空間充填模型の部分は着色自在のＡＢＳ樹脂、透明度の高いアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂で作るのが有利である。
この分子模型における各原子表示用の各部品は、多少の隙間と余裕を保って接続杆３３で相互に接続できるようにしておくのがよい。接続杆３３は多少の弾性を有する材料で作るのが好ましい。このように各部品および接続杆３３を形成することによって、複雑な有機分子の組立も割合容易になる。また、シクロヘキサン（Ｃ６  Ｈ１２）の模型において椅子形分子を舟形分子に変換することも可能になる。さらにまた、既述のベンゼン部品（三角柱状部品）を用いて５員環を作ることも可能になる。
【００３０】
なお、上記球−棒状模型として、図５に示すもののほか図１５に示すように、小球に対し接続杆３３の接続が可能な１本の管２７Ａと接続杆３３を接続した２本の模擬接合手２７Ｂ、２７Ｃを１２０°の角度をおいて一体に設けたもの、図１６に示すように、接続杆３３に接続が可能な２本の管２７Ｄ、２７Ｅと接続杆３３を接続した１本の模擬結合手２７Ｆを１２０°の角度をおいて一体に設けたもの、図１７に示すように１本の管２７Ｇと１本の模擬結合手２７Ｈを直線方向に一体に設けたものが、必要に応じ用いられる。
【００３１】
また、上記球−棒状模型として、図１０に示すもののほか、図１８に示すように、小球５３に対して接続杆３３が接続可能な１本の管２７Ｉと接続杆３３を接続した３本の模擬結合手２７Ｊ、２７Ｋ、２７Ｌを一体に設けたものが、必要に応じ用いられる。さらに、上記球−棒状模型として、図１０に示すもののほか、図１９に示すように小球７３に対して接続杆３３が接続可能な１本の管２７Ｍと接続杆３３を接続した１本の模擬結合手２７Ｎを所定の角度で小球７３に一体に設けたものが、必要に応じ用いられる。
【００３２】
次に本発明の実施の他の形態を説明する。この実施の形態によれば、有機化合物の分子構造を立体的に、その原子価角および原子間距離を正確に表現することができる。また、原子記号の記載に便利な分子模型を能率的に製作することができる。この分子模型は、図２０に示すようにプラスチック製の多角面原子表現体１０１で構成される。この多角面原子表現体１０１は、図２０および図２１に示すように、多面体で形成される。すなわち、立方体の８つの頂角を切り落して三角面を形成し、該三角形が該立方体の稜線の中央部で交わる１４面体と、この１４面体の各面を上にしたとき中央の６本の稜線部を切り落して平坦な面に形成した２０面体と、前記１４面を形成した１４面体の稜線部を切り落して１２個の平坦面を形成した２６面体と、５角１２面体の２０個の面を中心に直角に切り落として三角形の面を作り、稜線の中央部で交わるようにした３２面体がそれぞれ模型の用途に応じて使用される。これらの多角面原子表現体１０１には、原子種類の原子価角に対応することができるように角面に直角に形成された連結孔１０２が穿設されている。
【００３３】
また、図２２に示すように、上記分子模型は上記連結孔１０２に、先端部１０３ａ，１０３ａが嵌入接続される原子間の距離を表現する原子間杆１０３が使用される。上記多角面原子表現体１０１と組み合わせて模型を構成する。多角面原子表現体１０１は着色されて、色および記号により識別可能となっている。また、水素のように原子価１のものについては、図２３乃至図２６に示すように、先端に球１０４がある原子間杆１０５が用いられる。なお、図２３はエチルアルコール、図２４はフェノール、図２５はエチレン、図２６はアセチレンの各分子構造の模型を示す。
【００３４】
このような分子模型において、図２７（ａ）、（ｂ）および図２８（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示した１４面体Ｆ１および２０面体Ｆ２の原子表現体１０１では、それぞれ原子種類の原子価角を表１のように角面に設けることにより、これを原子問杆１０３で接続すれば、分子模型が得られる。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
また、前記１４面体または２０面体の各面によって表現された角度は、有機化学において標準となる原子価角に近似する。従って、表１に例示した多種類の分子構造の変化に応じた模型を組み立てることができ、原子価角および原子間距離を示すこととなる。そして、前記のように組み立てられた原子表現体１０１の角面を台上に載置したとき、その原子表現体１０１は安定に定置され、転動することはない。また、角面は平面であるため、原子記号の記載が容易である。また、各原子表現体１０１および原子間の距離を表現する原子間杆１０３はプラスチック材料により形成され、従って、金型による大量生産が可能で、低価格化を実現することができる。
【００３７】
なお、図２０および図２１においては、多角面体の原子表現体１０１のいくつかの角面には、原子間杆１０３を接続する連結孔を設けた場合を示した、例えば図２９に示すように全ての角面に連結孔１０２を設けてもよい。このようにすれば複数個の原子表現体１０１を、これらの連結孔１０２に原子間杆１０３の両端を挿し込んで、互いに連結することにより、例えば図３０に示すような分子模型を容易に得ることができる。
【００３８】
なお、この分子模型は、基本的に、立方体の８つの頂角を中心に切り落とし、その際できる三角形が稜線の中央部で交わるような１４面体と、その１４面体の各面を上にしたとき中央の６本の稜線に平らな面を形成した２０面体と、稜線の中央部を中心に直角に１２個の切り落とし面を形成した２６面体と、５角１２面体の２０個の面を中心に直角に切り落として三角形の面を作り、稜線の中央部で交わるようにした３２面体と、中心に連結孔を穿設した球体と、前記１４面体、２０面体、２６面体および３２面体の各面の中央部に法線方向に設けられた連結孔と、前記球体が有する連結孔とに両端が挿入される原子間の距離を表現する原子間杆とを備えている。前記１４面体、２０面体、２６面体および３２面体のいずれかと原子間の距離を表現する原子間杆とを連結して化合物の分子構造を立体的に表現するものであり、これにより、量子力学でいう、ｓ軌道、ｐ軌道、ｓｐ軌道、ｓｐ２、ｓｐ３、ｄｓｐ３、ｄ２ｓｐ３などの軌道概念に立脚した原子表現体ができ、化学結合の軌道、分子や結晶の対称性を初学者にも理解可能に表現できる。また、１４面体、２６面体では１４面体の各面を上にしたとき中央の６本の稜線から片面を６０°ずらすことにより、６方晶系の結晶構造を表現することができる。
【００３９】
このように、本発明に係る分子模型は、公知の空間充填模型の外形と、公知の球−棒状模型の形態とが同時に表現できる便利な模型であって、上記の２種の公知模型の対応関係も一目瞭然である。このため、分子の「外形」および「化学結合」を含めた三次元的な分子構造が初学者にも非常に容易に学習でき、また化学の研究者にとっても、複雑な分子の研究の際に非常に役立つものである。
【００４０】
本発明の実施のさらに他の形態を説明する。図３１は外形が立方体状または直方体状の透明アクリル樹脂製の容器１１１を示し、上部に開口部１１１ａを有する。なお、容器１の形態としては上記のほか八角筒状、円筒状のものが考えられる。また、図３２乃至図３６は原子模型を示すもので、図３２は８分の１球１１２を示し、図３３は小球１１３を示し、図３４は大球１１４を示し、図３５は２分の１球１１５を示し、図３６は４分の１球１１６を示したものである。実際の単位格子と共有関係にあり、すなわち合計８個の単位格子により共有されている。このため、１個の単位格子は原子を８分の１だけ有していることになる。このため１個の単位格子の模型を作るときには、八隅の原子を示すために、８分の１球１１２が使用される。また共有関係を考慮して、１個の単位の稜に存在する原子を表わすために４分の１球１１６が使用され、さらに該格子の表面に存在する原子を示すために２分の１球１１５が使用される。
【００４１】
単位格子の原子配列状態を示す模型を作る場合には、結晶学、物理学、化学、金属学、鉱物学等の教科書、参考書に記載の種々の結晶の単位格子説明図に従って、透明容器１１１を単位格子と考えて、その中に所定の大きさの上記の球１１３、１１４、８分の１球、４分の１球１１２および１１６または２分の１球１１５を必要数入れて、所定の位置に配置する。原子の種類および大きさに応じてこれらの球の色および寸法を変えると便利である。単位格子の１例として、図３７、図３８に透明容器１１１と原子模型を使用して塩化セシウムの単位格子を示す。
【００４２】
塩化セシウムは分子式ＣｓＣｌと書かれ、Ｃｓ・・・１に対してＣｌ・・・１の割合で結合している。しかし実際の結晶構造は体心立方構造によく似ており、Ｃｓ原子のまわりを八方向からＣｌ原子が取り巻いている構造である。図３７、図３８は８分の１球１１２と小球１１３とを用いて分子式ＣｓＣｌの立体構造が示されている。ここで八隅の８分の１球１１２はＣｌを、中心の小球１１３はＣｓを示す。また、８分の１球１１２のＣｌ原子模型を組み合わせると１個の球を形成し、中心にある小球１１３Ｃｓの原子模型と１：１の関係となっている。食塩（ＮａＣｌ）、ダイヤモンド（Ｃ）等の結晶構造も、この結晶模型を用いて立体的に表わすことができる。
【００４３】
さらに、実際の結晶では、原子ＡがＮ個の原子Ｂにより囲まれた構造がよく認められる。これをＮ配位と称する。代表的なものは、４配位、６配位、８配位、１２配位であって、この配位状態は原子Ａと原子Ｂとの半径比と密接に関係し、これをこの結晶模型により十分理解できる。すなわち、この透明容器１１１の中に表２に記載の半径比率条件をみたす２種の球を入れて配列すれば、これらの配位の概念が確実に把握できる。
【００４４】
【表２】
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【００４５】
金属結晶構造は、６方最密充填構造、立方最密構造、体心立方構造の３種のいずれかである場合が多い。これらの構造はこの結晶模型を用いて立体的に表現できる。
（ｉ）６方最密充填構造・・・透明容器１１１に赤および青の球を赤、青、赤青と順に６方格子の層ができるように並べる。そして、上からみて赤の層は常に同じ位置に、青の層は、赤とは違った位置で同様の配置で並べられる。
（ｉｉ）立方最密充填構造・・・６方最密充填構造と同じ要領であるが、この場合には赤、青、白の３種の球を使用する。異なった色の球は上からみて異なった位置に、同じ色の球の球は同じ位置に並ぶように配列する。
（ｉｉｉ）体心立方構造・・・透明容器１１１の中に赤（または白）の球の正方格子を作り、その４つの球に接する位置に白（または赤）の球を重ね合わせる。その際、同数の球の構造であれば、この体心立方構造の方が上記の各最密充填構造よりも体積が大きいことが、この結晶模型により直ちに理解できる。
【００４６】
このように、一方開口の透明容器１１１内に原子模型を配置するだけで結晶模型を形成でき、取り扱いが極めて簡単であるばかりでなく、その配置の仕方を自在に変えることができる。このため、種々の結晶模型を表現することができ、透明容器を透視して内部の原子模型を立体的に透視できる。従って、単位格子の説明、４配位、６配位、８配位、１２配位等の説明、原子直径（半径）比率と結晶構造または配位数との関係の説明、立方最密充填構造、６方最密充填構造、体心立方構造等の説明に極めて便利な結晶模型を提供することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば立方体の８つの角を中心に切り落とし、その際できる三角形が稜線の中央部で交わるような１４面体と、その１４面体の各面を上にしたとき中央の６本の稜線に平らな面を形成した２０面体と、稜線の中央部を中心に直角に１２個の切り落とし面を形成した２６面体と、５角１２面体の２０個の面を中心に直角に切り落として三角形の面を作り、稜線の中央部で交わるようにした３２面体と、中心に連結孔を有する球体と、前記１４面体、２０面体、２６面体および３２面体の各面の中央部に法線方向に設けられた連結孔と前記球体が有する連結孔とに両端が挿入される原子間の距離を表現する原子間杆とを備えて、前記１４面体、２０面体、２６面体および３２面体のいずれかと原子間の距離を表現する原子間杆とを連結して化合物の分子構造を立体的に表現するようにしたので、分子の外形と化学結合を含む三次元の分子構造を初学者者にも理解可能に表現できるとともに、量子力学でいう、ｓ軌道、ｐ軌道、ｓｐ軌道、ｓｐ２、ｓｐ３、ｄｓｐ３、ｄ２ｓｐ３などの軌道概念に立脚した原子表現体ができる。また、１４面体、２６面体では１４面体の各面を上にしたとき中央の６本の稜線から片面を６０°ずらすことにより、６方晶系の結晶構造を表現できる。
【００４８】
また、本発明によれば請求項２の発明にかかる分子模型は、球、１／２球、１／４球および１／８球と、上記各球の１つまたは複数を収納することにより、これらの各球を種の結晶の原子配列通りに配置可能な立方体または直方体の透明容器とを設け、該透明容器を単位格子として該単位格子内の原子配列状態を表現するようにしたので、分子構造の変化に応じた模型の組み立てが可能になり、原子価角および原子間距離をわかり易く表現できる。
【００４９】
また、本発明によれば外殻部が透明材料または半透明材料にて形成された空間充填模型と、該空間充填模型とともに原子表示部品を形成するように上記外殻部内に配置された球−棒状模型とを設けて、上記原子表示部品にこれとは少なくとも形状またはサイズが異なる他の原子表示部を、上記球−棒状模型を化学結合手として連結したので、簡単に種々の結晶模型を形成でき、外部から透視して原子模型を看取でき、単位格子、４配位、６配位などの把握が極めて容易になるという効果が得られる。また、前記多面体模型により発生したｓ軌道、ｐ軌道、ｓｐ軌道、ｓｐ２、ｓｐ３、ｄｓｐ３、ｄ２ｓｐ３などの軌道を表現するアングルに立脚した模型とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態によるエチレンの分子模型を示す平面図。
【図２】本発明における水素分子の半球状部品を示す斜視図。
【図３】図２に示す半球状部品の断面図。
【図４】本発明におけるベンゼン型部品を示す斜視図。
【図５】図４に示すベンゼン型部品の水平断面図。
【図６】本発明におけるベンゼンの分子模型を示す平面図。
【図７】本発明におけるジホルミルヒドラジンの分子模型を示す平面図。
【図８】本発明における四面体型部品を示す斜視図。
【図９】本発明におけるグリシンの分子模型を示す説明図。
【図１０】本発明における屈曲原子表示部品を示す斜視図。
【図１１】図１０における原子表示部品を示す拡大断面図。
【図１２】本発明におけるメチルアルコールの分子模型を示す説明図。
【図１３】本発明における直線型部品を示す斜視図。
【図１４】本発明におけるアセチレンの分子模型を示す平面図。
【図１５】本発明における球−棒状模型を示す正面図。
【図１６】本発明における球−棒状模型の他の例を示す正面図。
【図１７】本発明における球−棒状模型の他の例を示す正面図。
【図１８】本発明における球−棒状模型の他の例を示す正面図。
【図１９】本発明における球−棒状模型の他の例を示す正面図。
【図２０】本発明における原子表現体を示す正面図。
【図２１】図２０に示す原子表現体の断面図。
【図２２】本発明における原子間の距離を表現する原子間杆を示す正面図。
【図２３】本発明におけるエチルアルコールの分子模型を示す斜視図。
【図２４】本発明におけるフェノールの分子模型を示す斜視図。
【図２５】本発明におけるエチレンの分子模型を示す斜視図。
【図２６】本発明におけるアセチレンの分子模型を示す斜視図。
【図２７】本発明における１４面体の連結孔位置を示す説明図。
【図２８】本発明における２０面体の連結孔位置を示す説明図。
【図２９】本発明における多面体を示す正面図。
【図３０】図２９に示す複数の多面体からなる分子模型を示す斜視図。
【図３１】本発明における透明容器を一部破断して示す正面図。
【図３２】本発明における原子模型を示す斜視図。
【図３３】本発明における原子模型の他の例を示す斜視図。
【図３４】本発明における原子模型の他の例を示す斜視図。
【図３５】本発明における原子模型の他の例を示す斜視図。
【図３６】本発明における原子模型の他の例を示す斜視図。
【図３７】本発明における塩化セシウムの結晶模型の単位格子を示す平面図。
【図３８】図１に示す結晶模型の単位格子の断面図。
【図３９】従来の球−棒状の分子模型を示す平面図。
【図４０】従来の空間充填型分子模型を示す平面図。
【符号の説明】
２２、４１、５２、７１、８４  外殻部
２７、２９、３１、４３、５５、５７、５９、６１、７９、８０、８８、９０結合管
３３  接続杆
１０１  多角面原子表現体
１０３    原子間杆
１０５  表現杆
１１１  透明容器
１１２  １／８球
１１３  小球
１１４  大球
１１５  １／２球
１１６  １／４球
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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