DE1028363B

DE1028363B - Teaching material for the representation of the periodic system, the quantum numbers and the transitions

Info

Publication number: DE1028363B
Application number: DEM12481A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Friedrich Herm Meinig
Original assignee: FRIEDRICH HERMANN MEINIG DIPL
Current assignee: FRIEDRICH HERMANN MEINIG DIPL
Priority date: 1952-01-05
Filing date: 1952-01-05
Publication date: 1958-04-17

Description

Lehrmittel zur Darstellung des Periodischen Systems, der Quantenzahlen und der Übergänge Die Erfindung betrifft ein als Lehrmittel für den Unterricht in Chemie, Atomphysik und Spektralanalvse verwendbares Modell aus Holz, Metall, Kunststoff. Glas od. dgl.. das für die Darstellung des Periodischen Systems und der Gesamtheit aller möglichen Elektronenzustände gleicher Hauptquantenzahl geeignet ist.Teaching aids for the representation of the periodic system, the quantum numbers and the transitions The invention relates to a teaching aid for teaching in Chemistry, atomic physics and spectral analysis usable model made of wood, metal, plastic. Glass or the like .. that for the representation of the periodic table and the whole of all possible electron states of the same principal quantum number is suitable.

Es ist bereits bekannt, Modelle, die aus einer Mehrzahl von regelmäßigen, aus biegbarem oder faltbarem Werkstoff gel)ildeten. Holi.lk ärpern bestehen, für Lehrzwecke zu benutzen. Im besonderen ist vorgeschlagen worden. Grundkörper aus regelmäßigen, hohlen Pyrannidenkörpern zusammenzusetzen, die untereinander in der Nähe ihrer Spitzen oder an den diese Spitzen bildenden Flächen derart miteinander verbunden sind, daß alle Außenkanten des Polveders Schlitze zum Einstecken flacher Verbindungsstücke haben Das Modell nach der Erfindung verwendet Pvrainidenkörper jedoch in wesentlich anderer Weise. yErfindungsgemäß besteht es aus zwei halben, zueinander zentralsymmetrischen Halbpyramiden quadratischen oder rhombischen Grundaufbaues, die auf sämtlichen Flächen mit einem Netzwerk von llarkierurigen bzw. Bezeichnungen versehen sind, wobei die llarkierungen einer Fläche in gesetzmäßiger Beziehung zu den Markierungen der übrigen Flächen stehen. Durch diese Markierungen. bei denen auf zur Grundfläche der Pyramiderikörper parallelen Linien, die Niveaulinien gleichen Abstandes darstellen sollen. in gleichen Abständen voneinander '.\-Tarlcierungspunl;te angedeutet sind. und zwar als aufgezeichnete Punkte, Kreise. als kugelförmig ausgebildete Körper. Körper anderer Gestalt oder als Knotenpunkte vorn mehreren Stäbchen aus Holz, Draht od. dgl., wird das Modell im besonderen Maße für die Darstellung von Elektronenzuständen der Atomhülle und damit auch des Periodischen Systems geeignet, weil die Anzahl der Markierungspunkte, von den Pyrainidenspitzen ab nach den Grundflächen zu auf den einzelnen Niveaulinien nach der Folge der ungeraden Zahlen verwirklicht wird. Bekanntlich sind in der Atomhülle die sogenannten Terme der s-. p-, d-, f- usw. Elektronen in der doppelten Anzahl der der ungeraden Zahlen für die einzelnen Schalen, die den Hauptquantenzahlen entsprechen, vorhanden.It is already known, models which are formed from a plurality of regular, flexible or foldable material gel). Holi.lk annoy insist on using it for teaching purposes. In particular, it has been suggested. Assemble basic body of regular, hollow pyrannid bodies, which are connected to each other near their tips or on the surfaces forming these tips so that all outer edges of the Polveders have slots for inserting flat connecting pieces.The model according to the invention uses Pvrainidenkkörpers in a significantly different way . According to the invention, it consists of two half-symmetrical half-pyramids of a square or rhombic basic structure, which are provided on all surfaces with a network of markings or designations, the markings of one surface being in regular relation to the markings of the other surfaces. Through these markings. where on lines parallel to the base of the pyramidal bodies, the level lines should represent the same distance. at equal distances from each other. \ - Tarlcierungspunl; te are indicated. namely as recorded points, circles. as a spherical body. Bodies of a different shape or as nodes in front of several rods made of wood, wire or the like, the model is particularly suitable for the representation of electron states of the atomic shell and thus also of the periodic system, because the number of marking points, starting from the pyramid tips the base areas is realized on the individual level lines according to the sequence of the odd numbers. It is well known that the so-called terms of s- are in the atomic shell. p-, d-, f- etc. electrons are present in twice the number of the odd numbers for the individual shells, which correspond to the main quantum numbers.

In dieser einfachen und fnnemotechniseh sinnfälligen Zuordnung liegt ein wesentlicher Vorteil des Lehrinodells gegenüber allen bekannten Darstellungen der Elektronenzustände u iK1 des Periodischen Systems. bei denen vor allein die Unterbringung der seltenen Erden und der Elemente der VIII. (Eisen-). Gruppe (z. I3.: he. Co, \7i) Schwierigkeiten bereitet hat.This simple and non-technically obvious assignment lies an essential advantage of the teaching model over all known representations of the electronic states u iK1 of the periodic system. with those before alone the Accommodation of the rare earths and the elements of the VIII. (Ferrous). Group (e.g. I3 .: he. Co, \ 7i) has caused difficulties.

Die halben, zueinander zentralsymmetrischen Halbpyramiden quadratischen bzw. rhombischere Grundaufbaues besitzen gemäß einer weiteren Ausführungsform des Erfindungsgedankens in ihrer - im Quadrat bzw. Rhombus diagonal verlaufenden -- Halbierungsebene eine gemeinsame Fläche. die als dünne Wand aus Sperrholz, Blech, Pappe, Glas, Kunststoff od. dgl, ausgebildet ist. Die Entfernung dieser Wand vorn den Markierungspunkten auf denn Außenflächen der Hall)-pyramiden steht wiederuni in gesetzmäßiger Beziehung zu den Markierungen selbst. Auch hier zeigt sich ein weiterer Vorteil des Modells, daß diese Abstände das Maß für andere atomphysikalische Sachverhalte, nämlich die magnetischen nuiariteiizalileri und- Drehimpulszahlen angehen.The half, mutually centrally symmetrical half-pyramids are square or have more rhombic basic structure according to a further embodiment of the Idea of the invention in their - in a square or rhombus running diagonally - Bisecting plane a common area. which as a thin wall made of plywood, sheet metal, Cardboard, glass, plastic or the like is formed. The removal of that wall in front the marking points on the outer surfaces of the Hall pyramids are again uni in a lawful relationship to the markings themselves. Here, too, one shows itself Another advantage of the model is that these distances are the measure for other atomic physics Issues, namely the magnetic nuiariteiizalileri and angular momentum numbers approach.

Eine weitere zweckmäßige Ausführungsforen des Gegentandes nach der Erfindung besteht darin, daß die Außenflächen der I-Tohlpyr amidenikörper im ganzen abwechselnd durch Farbe. Schattierung, Werkstoff od. dgl. unterschiedlich gekennzeichnet sind. Nlit diesen Mitteln wird der noch fehlende atomphysikalische Sachverhalt, der zur eindeutigen- Kennzeichnung der Elektronenzustände noch erforderlich ist, nämlich der positive oder negative Sinn der Spinquantenzahl (± r/2), im Lehrmodell zurre Ausdruck gebracht.Another useful execution forum of the subject after the Invention consists in the fact that the outer surfaces of the I-Tohlpyr amide body as a whole alternately by color. Shade, material or the like marked differently are. With these means, the still missing atomic physics facts, which is still required for the unambiguous identification of the electronic states, namely the positive or negative sense of the spin quantum number (± r / 2), in the teaching model expressed.

Schließlich können die beiden halben, zueinander zentralsymmetrischen Halbpyramiden der einzelnen Hauptquantenzahlen bzw. Schalen in einem einzigen Körpermodell so miteinander vereinigt werden, daß gleiche Zustände bei den verschiedenen Schalen übereinander zu liegen kommen. Für die Darstellung des atomphysikalischen Sachverhaltes ergibt :ich hierbei eine besonders sinnfällige Darstellung der Elektronenübergänge.Finally, the two halves can be centrally symmetric to one another Half pyramids of the individual main quantum numbers or shells in a single body model are united with one another in such a way that the various shells have the same conditions come to lie on top of each other. For the representation of the atomic physical situation results: I here a particularly clear representation of the electron transitions.

Das Modell gennäß der Erfindung ist in der Zeichnung in zwei verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt. Abb. 1 zeigt eine Ausführungsform in Hohlpyramidenkörpern aus Holz, Blech, Glas, Kunststoff od. dgl. ; Abb.2 zeigt ein aus Stäbchen zusammengesetztes 1-Iodell in schematischer Darstellung.The model according to the invention is in the drawing in two different ways Embodiments shown. Fig. 1 shows an embodiment in hollow pyramid bodies made of wood, sheet metal, glass, plastic or the like; Fig.2 shows a 1-iodel composed of rods in a schematic representation.

In beiden Abbildungen stellen die mit ia = 1, iä = 2, n = 3 usw. bezeichneten Paare von. halben, zueinander zen tralsymmetri,schen Halbpyramiden die Grundkörper des Lehrmodells dar. Das Pyramidenpaar für n = 1 ist nach Abb. 2 nur durch zwei Punkte (H und He) verwirklicht. Darüber bauten sich die Halbpyramid,en für n = 3 , n = 5 und. der Reilh@e nach - bis ins unendliche fortsetzbar - die durch ungerade Zahlen gekennzeichneten Halbpyramiden auf, wie sich entsprechend über dem Halbpyramidenpaar iz = 2 alle Halbpyrainidenpaare mit geradem ii, d. h. gerader Hauptquantenzahl, aufbauen. Die Bezeichnungen in den Abbildungen sind so gewählt, daß sie mit den in der Atomphysik bzw. Chemie üblichen übereinstimmen.In both figures the pairs of ia = 1, iä = 2, n = 3 etc. half, each zen tralsymmetri, rule half-pyramids, the base body is of the teaching model. The pyramid pair for n = 1 is realized as shown in Fig. 2 only by two points (H and He). The half pyramids, en for n = 3, n = 5 and. according to Reilh @ e - which can be continued into infinity - the half-pyramids marked by odd numbers, how all half-pyramids with even ii, ie even principal quantum number, build up over the half-pyramids pair iz = 2. The designations in the figures are chosen in such a way that they correspond to those used in atomic physics and chemistry.

In Abb. 1 sind nur die Py rarnidenkörper n = 2, n = 3 und n = 4 gezeichnet bzw. teilweise gezeichnet. In Abb. 2 ist die Darstellung bis n = 7 fortgesetzt, aber auch nur insofern, als die Markierungspunkte sogenannten Grundzuständen entsprechen. Man kann sich beispielsweise das durch 2 X 6 ilIarkierungspunkte begonnene Hal(bpyrami,d!enpaar für ia = 6 in entsprechender W eise ergänzt denken wie dasjenige für n = 4. Eis würde zu 2 ü2 = 2 X 62 = 72 Markierungspunkten führen, so, wie die Ergänzung der 2 X 1 = 2 gezeichneten Markierungspunkte der Hauptquanten-zahl n = 7 zu 2n2 = 2 X 72 = 98 Markierungspunkten führen würde.In Fig. 1 only the pyramid bodies n = 2, n = 3 and n = 4 are drawn or partially drawn. In Fig. 2 the representation is continued up to n = 7, but only insofar as the marking points correspond to so-called basic states. One can, for example, imagine the hal (bpyrami, which pair of ia = 6 supplemented in the same way as that for n = 4. Ice would lead to 2 ü2 = 2 X 62 = 72 marking points, so how the addition of the 2 X 1 = 2 drawn marking points of the principal quantum number n = 7 would lead to 2n2 = 2 X 72 = 98 marking points.

Da der Grundzustand dies jeweid;s zuletzt in der Atomhülle angegliederten Elektrons - des Ordnungselektrons - kmnzei.chnend für das enbsprechendie Element ist, so gibt die Darstellung der Grundzustände gleichzeitig auch die Darstellung des Periodischen Systems. In Abb.2, welche die Symbole der chemischen, Elemente enthält, sind deshalb diie Pvrarnidenkörper nur so -weit verwirklicht, wie es für die Darstellting der Grundzustände erforderlich ist.Since the ground state is attached to this in the end in the atomic shell Electrons - of the order electron - indicating the corresponding element is, then the representation of the basic states also gives the representation at the same time of the periodic table. In Fig 2, which shows the symbols of the chemical, elements contains, the pvrarnid bodies are therefore only realized as far as they are for the representation of the basic states is necessary.

Auf den Niveaulinien s, p, d, f der Halbpyramid; n von Abb.2, beispielsweise 4s, 4p, 4d, 4f, verteilen sich die 2 i22, in diesem Falle 2 X 42 = 32, 1larkieru.ngspunkte dergestalt, daß an dien Spitzen immer je 1 :@Iarkieru.ngspunkt, auf der nächsten @Tiveauliinie je 3 Punkte usw., d. h. von Niveaulinie zu Niveaulinie fortschreitend jeweils 2 Punkte mehr in der Reihenfolge der ungeraden Zahlen verwirklicht sind, wie sich das nach vorstehenden Darlegungen verhalten muß.On the level lines s, p, d, f the half pyramid; n of Fig.2, for example 4s, 4p, 4d, 4f, the 2 i22, in this case 2 X 42 = 32, 1 marking points are distributed in such a way that at each point there is always 1: @ marking point on the next @ level line 3 points each, etc., ie progressing from level line to level line, 2 more points are realized in the order of the odd numbers, as must behave according to the above explanations.

Aus beiden Abbildungen geht hervor, daß sowohl die Markierungspunkte für die s-Zustände als auch diejenigen für die p- und d-Zustände usw. sinngemäß übereinander zu liegen: kommen. Nach Abb.1 ist diesem Sachverhalt durch verbi,nd-ende Stäbe s, p, d, f Rechnung getragen. Diese Stäbe verbinden, falls wie in Abb.2 die Markierungspunkte auch die Symbole der chemischen Elemente erhalten, die Elemente der gleichen Atomfamilie.It can be seen from both figures that the marking points for the s-states as well as those for the p- and d-states etc. come to lie on top of each other. According to Fig. 1, this fact is taken into account by connecting rods s, p, d, f. These rods connect the elements of the same atomic family if the marking points are also given the symbols of the chemical elements, as in Fig.

Mährend in Abb.2 die für die Pyramidenkörper Ord_-_ung und Richtung gehende Ebene nur schematisch durch ein Achsenkreuz angedeutet ist (Y-Z-Ebe:_.2), wirrd! in Abb. 1 gezeigt, wie diese Ebene im Körpermodell als «Fand verwirklicht wird. Abb.1 zeiht auch für das Beispiel j = 5/2, in welcher Weise man die Drehimpulszahl j für den einzelnen Zustand abgreifen kann.While in Fig.2 the order and direction for the pyramid bodies going level is only indicated schematically by a cross (Y-Z-Ebe: _. 2), wirrd! Fig. 1 shows how this level is realized in the body model as “Fand will. Fig. 1 also shows for the example j = 5/2, in which way the number of angular momentum is obtained j can tap for the individual state.

Schließlich ist in Abb. 1 durch Schraffur auf der Grundplatte ausgeführt, wie die Unterscheidung positiver oder negativer Spinquantenzahl im Körpermodell zweckmäßig erfolgt. Schraffur oder unterschiedliche Farbenkennzeichnung kann wahlweise auch auf den Py ramidienflächen selbst durchgeführt we;rdpn.Finally, in Fig. 1, by hatching on the base plate, like the distinction between positive and negative spin quantum numbers in the body model expediently takes place. Hatching or different color coding can optionally be used also carried out on the pyramidium surfaces themselves.

Der Zusammenbau und die gegenseitige Befestigung der einzellrnen Teile, beispielsweise hei einer Ausführungsform nach Abb.2, kann mit an sich bekannten Mitteln durchgeführt werden, die im Interesse einer übersichtlichen Darstellung des Wesentlichen i;n: der Zeichnung nicht wiedergegeben sind.The assembly and the mutual fastening of the individual parts, for example, in an embodiment according to Fig.2, can be known per se Means are carried out in the interests of a clear presentation of the essential i; n: of the drawing are not reproduced.

Claims

PATENT ANsl't1CCrrE: 1. As teaching aids for teaching chemistry, atomic physics and spectral analysis usable 1lodcll made of wood, metal, plastic, glass or the like for the periodic system and the totality of all possible electron states of the same principal quantum number, characterized in that it consists of two half-pyramids, symmetrical to each other, of a square or rhombic basic structure, which are provided on all surfaces with a network of markings or designations, the markings of one surface being in a lawful relationship to the markings of the other surfaces.

2. Model according to claim 1, characterized characterized in that there are geometrically similar models for the entirety of the possible electronic states of other principal quantum numbers to an eiaizigan model Can be assembled like a shell, with between the networks and markings legitimate relationships exist with the individual models.

3. Model according to A. 1 and 2, characterized in that the 1'purification d, he individual models into one The overall model takes place in such a way that they graduate according to their size and ordered pairs of hollow pyramid bodies alternating with one and a second Pairs of columns are united.

4. Model according to claim 1 to 3, characterized in that that parallel to a diagonal surface of the pyramids a wall (Y-7_-Ehen @ e) made of wood, Sheet metal, glass, plastic or the like. Is attached at a certain distance, wherein the distance of the individual marking points on the pyramid surfaces from this Wall is lawfully related to the markings themselves.

5. Model according to claim 1 to 4, characterized in that the surfaces of each pyratnid body are alternately characterized as a whole differently, for example by color, this marking in. Legal relationship to the other markings. Documents considered: German Patent No. 685 468; Austrian patent specification No. 144 335; U.S. Patent Nos. 2,446,120, 2,477,179.