(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素以外の短周期表４族〜７族の単結合では平面円盤の円周側の４箇所に、最外殻電子数８のモデルを確保すべく、同型円盤を部分的に交わらした形態で紡錘状の形を有し且つさらにこの紡錘形を２分する線を半径方向に入れ、パウリの排他律に従い同じ回転方向のものを半径方向に入れた線を利用して紡錘形の２分の１の大きさでそれぞれ切り抜いて凹部を形成し、
二重結合では平面円盤の円周側の３箇所に、同型円盤を部分的に交わらした形態で紡錘状の形を形成し、そのうちの１箇所に、紡錘形を２分する線を半径方向に入れてこの線に沿った切り込みを利用して、その一方側の紡錘形の２分の１の大きさの箇所に鋭角なＶ字形凸部とその凸部分を残して切り抜かれた凹部を形成し、その他方側の紡錘形の２分の１の大きさの箇所に切り抜かれた鋭角なＶ字形凹部とその凹部分の残りの凸部を形成し、残りの２箇所は紡錘形を２分する線を半径方向に入れ、パウリの排他律に従い同じ回転方向のものを半径方向に入れた線を利用して紡錘形の２分の１の大きさでそれぞれ切り抜いて凹部を形成し、
三重結合では平面円盤の円周側の２箇所に、同型円盤を部分的に交わらした形態で紡錘状の形を形成し、そのうちの１箇所に、紡錘形を２分する線を半径方向に入れてこの線に沿った切り込みを利用して、その一方側の紡錘形の２分の１の大きさの箇所に切り抜かれた鋭角なＶ字形凹部及び鋭角なＶ字形凸部とその凸部分を残して切り抜かれたもう一つの凹部を形成し、その他方側の紡錘形の２分の１の大きさの箇所に鋭角なＶ字形凸部及び切り抜かれた鋭角なＶ字形凹部とその凹部分の残りのもう一つの凸部を形成し、残りの１箇所は紡錘形を２分する線を半径方向に入れ、パウリの排他律に従い同じ回転方向のものを半径方向に入れた線を利用して紡錘形の２分の１の大きさでそれぞれ切り抜いて凹部を形成し、
水素原子は上記平面円盤より小さな平面盤の周側に他の凹型原子モデルと同じ紡錘形の１つをとり同じ回転方向のものを半径方向に入れた線を利用して上記紡錘形の２分の１の大きさで切り抜いて凹部を形成し、
ことを特徴とする凹型原子モデル。
【請求項２】
請求項１記載の凹型原子モデルと、当該請求項１記載の凹型原子モデルに形成された紡錘形の２分の１の大きさの凹部に凹凸係合する半紡錘形の形状に形成された電子モデルとを有し、当該凹型原子モデル及び電子モデルはそれぞれランプを有し、ランプのスイッチを兼ねる差し込み棒を電子モデルに取り付け、取り付けた電子モデルのスイッチを兼ねる差し込み棒をはめ込んだとき電子モデル及び凹型原子モデルのランプをつかせ、陰イオン化したことを知らせる仕組みにしたことを特徴とするイオン結合モデル。
【請求項３】
凸型原子モデルをランプを有する平面円盤に形成し、ランプを有する電子モデルを請求項１記載の凹型原子モデルに形成された紡錘形の２分の１の大きさの凹部に凹凸係合する半紡錘形の形状に形成すると共にランプのスイッチを兼ねる差し込み棒を電子モデルに取り付け、取り付けた電子モデルのスイッチを兼ねる差し込み棒を引き抜いたとき電子モデル及び凸型原子モデルのランプをつかせ陽イオン化したことを知らせる仕組みにしたことを特徴とする金属結合モデル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒板使用の分子教材として開発され、凹型原子モデルは電子式、構造式を容易に理解させる。また凸型原子モデルは金属結合の理解を、凹型と凸型原子モデルの共用ではイオン結合を容易に理解させる。
【背景技術】
【０００２】
現在の分子モデルは、立体的で、結合の手として軸で連結するか、単純なはめ込み型のものばかりである。立体的なモデルは個々人への視覚的理解には効果的だが、教材として黒板で全体に説明するには不便である。現在説明で用いられる構造式や電子式も平面的であり、これらのモデル式を説明するにも黒板仕様の平面的モデルは必要である。
【特許文献１】特許公開２００４−２３３９００
【特許文献２】特許公開２０００−３２１９７２
【０００３】
また結合の手という考え方（軸でつなぐモデル）や単純なはめ込み型は、共有結合の本質を示さない。互いに電子を出し合い、最外殻が共有電子を含めて充たされ、不活性ガスと同じ電子配置になることを視覚的に見せることができない。
【特許文献３】特許公開２００４−３０９５７８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は化学的結合の本質を平面的に視覚的に簡易にみせることである。
【０００５】
共有結合は、互いに電子を出し合い最外殻が共有電子を含めて充たされ、不活性ガスと同じ電子配置になる。これを視覚的に見せる。
【０００６】
金属結合は、金属が放出した自由電子と残された金属イオンが電気的に引き合って結合する。これを視覚的に見せる。
【０００７】
イオン結合は、金属が放出した自由電子とそれを取り込んだ非金属イオン（現実はそれぞれイオン化）が電気的に引き合って結合する。これを視覚的に見せる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を達成するために、請求項１の発明は、水素以外の短周期表４族〜７族の単結合では平面円盤の円周側の４箇所に、最外殻電子数８のモデルを確保すべく、同型円盤を部分的に交わらした形態で紡錘状の形を有し且つさらにこの紡錘形を２分する線を半径方向に入れ、パウリの排他律に従い同じ回転方向のものを半径方向に入れた線を利用して紡錘形の２分の１の大きさでそれぞれ切り抜いて凹部を形成し、二重結合では平面円盤の円周側の３箇所に、同型円盤を部分的に交わらした形態で紡錘状の形を形成し、そのうちの１箇所に、紡錘形を２分する線を半径方向に入れてこの線に沿った切り込みを利用して、その一方側の紡錘形の２分の１の大きさの箇所に鋭角なＶ字形凸部とその凸部分を残して切り抜かれた凹部を形成し、その他方側の紡錘形の２分の１の大きさの箇所に切り抜かれた鋭角なＶ字形凹部とその凹部分の残りの凸部を形成し、残りの２箇所は紡錘形を２分する線を半径方向に入れ、パウリの排他律に従い同じ回転方向のものを半径方向に入れた線を利用して紡錘形の２分の１の大きさでそれぞれ切り抜いて凹部を形成し、三重結合では平面円盤の円周側の２箇所に、同型円盤を部分的に交わらした形態で紡錘状の形を形成し、そのうちの１箇所に、紡錘形を２分する線を半径方向に入れてこの線に沿った切り込みを利用して、その一方側の紡錘形の２分の１の大きさの箇所に切り抜かれた鋭角なＶ字形凹部及び鋭角なＶ字形凸部とその凸部分を残して切り抜かれたもう一つの凹部を形成し、その他方側の紡錘形の２分の１の大きさの箇所に鋭角なＶ字形凸部及び切り抜かれた鋭角なＶ字形凹部とその凹部分の残りのもう一つの凸部を形成し、残りの１箇所は紡錘形を２分する線を半径方向に入れ、パウリの排他律に従い同じ回転方向のものを半径方向に入れた線を利用して紡錘形の２分の１の大きさでそれぞれ切り抜いて凹部を形成し、水素原子は上記平面円盤より小さな平面盤の周側に他の凹型原子と同じ紡錘形の１つをとり同じ回転方向のものを半径方向に入れた線を利用して上記紡錘形の２分の１の大きさで切り抜いて凹部を形成した。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の凹型原子モデルと、当該請求項１記載の凹型原子モデルに形成された紡錘形の２分の１の大きさの凹部に凹凸係合する半紡錘形の形状に形成された電子モデルとを有し、当該凹型原子モデル及び電子モデルはそれぞれランプを有し、ランプのスイッチを兼ねる差し込み棒を電子モデルに取り付け、取り付けた電子モデルのスイッチを兼ねる差し込み棒をはめ込んだとき電子モデル及び凹型原子モデルのランプをつかせ、陰イオン化したことを知らせる仕組みにした。
【００１０】
請求項３の発明は、凸型原子モデルをランプを有する平面円盤に形成し、ランプを有する電子モデルを請求項１記載の凹型原子モデルに形成された紡錘形の２分の１の大きさの凹部に凹凸係合する半紡錘形の形状に形成すると共にランプのスイッチを兼ねる差し込み棒を電子モデルに取り付け、取り付けた電子モデルのスイッチを兼ねる差し込み棒を引き抜いたとき電子モデル及び凸型原子モデルのランプをつかせ陽イオン化したことを知らせる仕組みにした。
【発明の効果】
【００１２】
凹型原子同士の噛み合い型分子モデルについては、分子の形態が１目瞭然である。図４にその多彩な例を示す。互いに電子を出し合い最外殻が共有電子を含めて充たされ、不活性ガスと同じ電子配置になることが視覚的に見て取れる。
また、電子式、構造式の理解にも大いに役立つ。
さらに活性非金属が電子をもらって陰イオンになる様子を演示できる。
【００１３】
凸型原子モデルについては、形が多少悪いが、金属が自由電子を離して陽イオンになる様子を演示できる。
【００１４】
金属結合、イオン結合、共有結合の仕組みと相違を簡単に理解できる。
【００１５】
黒板、壁等に貼り付けることができ、多人数への説明が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に記載の発明を実施するための最良の形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。
【００１７】
図１に示すように、原子番号２０番までの短周期表内の原子を凹型（活性非金属（仮称））、凸型（金属）、□型（不活性ガス）に分類する。
【００１８】
図２に示すように、共有結合を凹凹結合、イオン結合を凹凸結合、金属結合を凸凸結合とモデル化する。
【００１９】
共有結合については図３に示すように、円盤を族数や結合の種類（単結合、二重、三重結合）に合わせて不足電子を切り抜く。
具体的には、単結合では、平面円盤に同型円盤を部分的に交わらした紡錘状の形を４っつとり、さらにこの紡錘形を２分する線を半径方向に入れ最外殻電子数８を確保する。次に各族数の原子について、半紡錘形を結合の手の数に合わせて切り込む。この際パウリの排他律に従い各紡錘形から回転の同じ側を１つづつ切り抜く。全く切りぬかない部分の紡錘形は非共有電子対を表し、切抜いで残った部分の半紡錘形は不対電子を示す。
二重三重結合（図３の２,３段目）では、同じく平面円盤状凹型原子モデルで、１つの紡錘形を４っつ、６っつと対称的にギザギザに切り込み二重、三重結合用に加工する。この際残りの紡錘形（非共有電子対）の配置は、利用分子に合わせて１２０°１８０°のどちらかの位置関係で配置する。例えば炭素原子の場合二重、単、単を１２０°で配置すると、ベンゼン環等をモデル化できる。
水素原子は、最外殻２であり紡錘形は１つでいい。ただし、有機分子では水素原子が重なって邪魔になる場合が多いので図３左下に示すように重なりにくい形状ものが必要。
【００２０】
金属結合については、図５の上段に示す。まず凹型原子モデルから切り取った半紡錘形（電子に相当）と同形のものを作り、差し込み棒を付けるなどして円盤に差し込めるようにする（自由電子相当）。差し込まれる側としては、切りぬかない円盤を用意し、これを金属（陽）イオン（不活性ガスと同じ形状で安定）とする。次に族数（１〜３族）に合わせて半紡錘形（最外殻電子相当）を差込みこれを金属原子（凸型原子）とする。
金属結合演示時は取り外して自由電子と金属イオンを電荷の均衡を考えながら均等にばら撒けばよい。なお凸部の電子を抜くと金属イオン側も自由電子側もランプがつくようにしておく（差し込み棒をスイッチとするなど）と、共に離れて電気的性質が現れたこと（陽イオン化、自由電子化）を表現できる。この際＋を赤ランプ、−を青ランプで示すなど工夫すると、金属結合が際立つ。また元のように差し込むとランプが消え、金属原子が電気的中性であることを表現できる。
【００２１】
イオン結合については、図５の下段に示す。００１１と同様の半紡錘形（電子に相当、差し込み棒を付ける）を凹型円盤の欠けた部分に差し込めるようにする。これを差し込んだ状態を活性非金属（陰）イオン（不活性ガスと同じ形状で安定）とする。
イオン結合演示時はこの活性非金属イオンと００１１の金属イオンを電荷の均衡を考えながら均等にばら撒けばよい。なお凹部へ電子を差し込むと活性非金属イオンにも青ランプが点灯するようにしておく（差し込み棒をスイッチとするなど）と、合体して全体に電子と同じ電気的性質が広がったこと（陰イオン化）を表現できる。また元のように電子を引き抜くとランプが消え、活性非金属原子が電気的中性であることを表現できる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
将来産業にかかわる子供達の化学的、物理的理解を深める。
【００２３】
工場、会社等での従業員への説明、理解に有効、セールス販売でも繊維や材質を消費者に説明するのに効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】原子番号２０番までの原子分類（凹型、凸型、□型）を示す図。
【図２】共有結合（凹凹）、イオン結合（凹凸）、金属結合(凸凸)を示す図。
【図３】凹型原子モデルのパーツを示す図。
【図４】凹型原子モデルの組み合わせによる分子モデルの多彩な例を示す図。
【図５】凸型原子モデルと金属結合、イオン結合を示す図。
【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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