Een leerling tekent de Lewisstructuur van water: twee streepjes en twee paar stippen. Wat dat betekent, een gedeeld elektronenpaar of een vrij paar dat straks een proton kan binden, blijft op papier abstract. Met een molecuulmodel wordt het tastbaar. In dit artikel vergelijkt u de soorten molecuulmodellen voor het scheikundeonderwijs en ziet u wat elk type wel en niet laat zien. U leest ook hoe valentie-elektronenmodellen, zoals de Basic Set en Multi Function Set Magnetic van Toytomics, de stap van tekenen naar bouwen mogelijk maken: met elektronen, ladingen, waterstofbruggen en complete reacties.
Een model dwingt tot keuzes. Past dit atoom hier? Hoeveel bindingen kan het aangaan? Liggen de bindingen in een vlak of in de ruimte? Een fout in het molecuul ziet de leerling meteen, zonder dat u hoeft in te grijpen. Bouwen leent zich bovendien goed voor groepswerk: leerlingen overleggen, proberen en verbeteren. Als docent laat u met één model geometrie, binding en reactie aan de hele klas zien.
Achtergrond over de bouwstenen zelf staat in het artikel Wat is een atoom en wat is een molecuul?. Digitaal bekijkt u moleculen met de tool Molecuulvisualisatie. Een fysiek model vult dat aan met iets wat leerlingen kunnen vastpakken en ombouwen.
Elk type model laat een ander aspect van een molecuul zien. Geen enkel model toont alles, dus de keuze hangt af van wat leerlingen moeten leren zien.
Een watermolecuul als model (links) en als Lewisstructuur (rechts). De grijze kappen zijn de vrije elektronenparen.
In dit model is elk valentie-elektron een apart onderdeel. Een elektronenpaar ontstaat doordat twee identieke stekers op elkaar worden gestoken. Elke Lewisstructuur kunt u daardoor een-op-een nabouwen, en wat u bouwt, tekent u zo weer na.
Ladingen zijn zichtbaar: een oranje uitholling in de atoomkogel betekent plus, een zwarte pin aan een los elektron betekent min. Magneten in de vrije elektronenparen en de waterstofatomen laten waterstofbruggen voelbaar aantrekken. De afmetingen zijn op schaal (1 cm komt overeen met 16 pm) en de stekers staan onder vaste hoeken van 60°.
Bouw water, CO2 of HCN en tel mee. Elk gedeeld elektronenpaar is een steker die in een ander atoom past, en elk vrij paar blijft zichtbaar aan het atoom. Een atoom met een ongepaard elektron is een radicaal. Een los elektron met een zwarte pin maakt er een anion van. Bij dit onderwerp past het Practicum: Covalente bindingen en molecuulbouw – Scheikunde Klas 2 VWO.
Zoutzuur in water in vier stappen, met daaronder de reactievergelijking in Lewisstructuren.
Neem zoutzuur (HCl) in water. U trekt het H+ van het zuur af. Het elektron blijft achter bij het chloride-ion, herkenbaar aan de zwarte pin. Daarna klapt u een vrij elektronenpaar van het watermolecuul open en steekt u het H+ erop. Zo ontstaat een oxonium-ion, zichtbaar als oranje uitholling in de zuurstofkogel. Leerlingen zien dat een proton wordt overgedragen, in plaats van dat ze het alleen opschrijven. Bij carbonzuren, zoals methaanzuur (mierenzuur), werkt het op dezelfde manier.
Twee watermoleculen trekken elkaar magnetisch aan op de plek waar in werkelijkheid de waterstofbrug zit. Hetzelfde geldt voor water en ammoniak. In het model is de brug 11,5 cm lang, in werkelijkheid is dat 184 pm. Met het glucosemolecuul laat u zien hoe de OH-groepen watermoleculen binden. Dat verklaart waarom glucose goed in water oplost.
Bouw links de beginstoffen, bijvoorbeeld CH4 en O2, haal ze uit elkaar en bouw rechts CO2 en H2O op. Leerlingen nemen de Lewisformules voor de reactievergelijking rechtstreeks over van het model. Ook de brandstofcel en de elektrolyse van water zijn na te bouwen, inclusief elke elektronenoverdracht. Achtergrond leest u in Oxidatie en reductie (redox). Reactievergelijkingen balanceert u met de Scheikunde Vergelijkingsoplosser.
Radicaalreactie met fluor en etheen: splitsing van F2, start, voortzetting en beëindiging van de keten.
Omdat de stekers identiek zijn, is de homolytische splitsing van een binding goed te volgen. U trekt een F2- of Cl2-molecuul uit elkaar tot twee radicalen en volgt daarna de kettingreactie: initiatie, propagatie en terminatie, bijvoorbeeld bij de polymerisatie van etheen. De grotere atomen van de derde periode (kogel Ø 6 cm) maken zwavelzuur en fosforzuur mogelijk, met oktetuitbreiding of met ladingsscheiding in de oktettoestand. U kiest zelf welke weergave bij uw lesdoel past. Hiervoor heeft u de Multi Function Set nodig.
De Basic Set Magnetic in de witte stapelbox.
Als vuistregel volstaat de Basic Set voor Lewisstructuren, organische chemie, zuur/base en waterstofbruggen. De Multi Function Set heeft u nodig zodra verbindingen met zwavel, fosfor, chloor of fluor en radicaalreacties aan bod komen.
De sets zijn geschikt als demonstratiemodel voor de docent en voor werk in kleine groepen. Elke set bevat atomen voor één glucosemolecuul. Voor grotere moleculen en voor klassikaal groepswerk combineert u daarom meerdere sets. Het model werkt zonder software, stroom of updates. Volgens de fabrikant zijn de sets zelf samen te stellen en uit te breiden met losse atomen. Neem contact op voor advies over het aantal sets voor uw klas.
Een bal-en-stokmodel toont atomen en bindingen en daarmee de ruimtelijke bouw van een molecuul. Bij een valentie-elektronenmodel zijn ook de valentie-elektronen, vrije elektronenparen en ladingen onderdelen van het model. Daardoor kunt u naast de bouw ook zuur/base-reacties, redoxreacties en waterstofbruggen nabouwen.
De fabrikant van de Basic Set en Multi Function Set noemt toepassing van klas 7 tot en met 13 in het Duitse stelsel. Dat is globaal van de onderbouw tot en met de bovenbouw van het voortgezet onderwijs. Hoe ver u gaat, bepaalt u zelf. Voor structuur, zuur/base en waterstofbruggen volstaat de Basic Set. Voor de derde periode en radicaalreacties is de Multi Function Set nodig.
Dat hangt af van de werkvorm. Voor een demonstratie door de docent volstaat één set. Bij groepswerk heeft elk groepje een eigen set nodig. Elke set bevat atomen voor één glucosemolecuul. Neem contact op voor advies over de samenstelling.
Nee. Een fysiek model werkt zonder computers of software-updates.
Volgens de fabrikant kunnen de sets flexibel worden samengesteld of met losse atomen worden uitgebreid. Neem contact op voor de mogelijkheden.
Labvakhandel levert materialen voor het scheikundeonderwijs, van molecuulmodellen en periodieke systemen tot proefopstellingen. Bekijk het assortiment Scheikunde of neem contact op voor advies bij het kiezen van een model.
Geschreven door Labvakhandel, specialist in laboratoriumbenodigdheden voor bedrijven en instellingen.
Disclaimer: De informatie in dit artikel is bedoeld als algemene toelichting. Canidae Seal B.V. / Labvakhandel.nl aanvaardt geen aansprakelijkheid voor de toepassing van deze informatie in specifieke onderwijssituaties. Raadpleeg voor uw eigen toepassing altijd de geldende leerplannen, vakliteratuur en de documentatie van de fabrikant.
Inloggen
Wachtwoord vergeten
Account aanmaken
Uw winkelwagen is leeg.
