Учебно-методическое электронное издание «Атом. Строение и динамика» предназначено для студентов химических и нехимических специальностей при изучении курса общей и неорганической химии. Рекомендуется использовать данную разработку на лекционных занятиях, демонстрируя ее с применением проекционной техники. Демонстрация моделей строения атомов, динамики перекрывания электронных орбиталей, динамики гибридизации электронных облаков, моделирования различных валентных возможностей атомов, позволяет представить изменение электронной плотности в пространстве между ядрами, что является единственным критерием химического взаимодействия между элементарными частицами. Решение проблем, возникающих при изучении структуры вещества, осуществляется на основе интеграционных процессов в обучении: математики, развивающей логическое мышление и пространственное воображение, в том числе геометрии, которая вместе с современными компьютерными технологиями формирует способность к образному мышлению и развивает электронное мышление.
Минимальные системные требования для реализации программы:
Процессор класса х86 - 166 MHz и выше.
Оперативная память - 16 Mb.
Свободного дискового пространства 80 Mb для полной установки и 3,5 Mb для частичной.
Операционная система - Windows 9x, Me, NT, 2000, XP.
Internet Explorer с поддержкой JavaScript.
Использованные программы:
Среда программирования: Borland Delphi 6.
Редактор 3D-графики: Discreet 3DStudio MAX 3.0
Редактор 2D-графики: GIMP 1.2.3
Инструкция пользователя включает:
- указания к установке программы;
-запуск программы (файл atom.exe: откроется главное окно программы с указанием окон модулей и последовательности работы);
- ActiveX-элемент «Таблица Менделеева», включающий первые четыре периода таблицы Менделеева (при нажатии кнопки с обозначением элемента откроется окно модуля «Просмотр видео»);
-тестирование.
Перед авторами была поставлена цель - создать программу, повышающую эффективность мыслительной деятельности студентов при обучении химии.
Программа позволяет, на основе зрительного восприятия и динамической визуализации, моделировать строение атомов различных элементов периодической системы Д. И. Менделеева и такие сложные представления, как промотирование электронов, гибридизация электронных облаков, образование химических связей, а это способствует глубокому усвоению знаний и развивает способность прогнозировать свойства веществ на основе их строения. Моделирование наглядно подтверждает то, что теоретически возможные значения валентностей атомов р-элементов IV-VII групп, которые можно определить как четные и нечетные числа от 1 до 7 (в зависимости от номера группы, в которой находится рассматриваемый элемент, но при этом не следует превышать номера группы), связаны с промотированием электронов. Например, окно модуля «Просмотр видео» показывает изменение валентных возможностей атома серы:
Компьютерное моделирование гибридизации электронных облаков позволяет наглядно показать как в пространстве располагаются гибридные орбитали, обеспечивая минимальное отталкивание, а также дает возможность создания моделей более сложных молекул. Предлагаются алгоритмы для соединений с простыми и кратными связями, при этом число гибридных орбиталей в первом случае определяется как: а + [(N - а)/2], во втором - как: а + [(N - а) - k]/2, где а - число заместителей при рассматриваемом атом, N - номер группы, k - число кратных связей. Физический смысл заключается в том, что в первом алгоритме «а» учитывает число валентных электронов, затраченных на образование связей с другими атомами, а разница «N - а» показывает число оставшихся валентных электронов, которые могут располагаться на одной орбитали, согласно принципа Паули. Во втором алгоритме добавляется «k», которая учитывает число электронов, затраченных на образование p-связей с другими атомами.
Окно модуля «Просмотр видео» показывает динамику различных видов гибридизации электронных облаков.
Окно модуля «Просмотр видео» наглядно показывает динамику образования донорно-акцепторной связи как одноэлектронного переноса электрона от донора к акцептору:
В программе тестирования предлагается вначале пройти теоретическую часть, включающую материал по методике прогнозирования продуктов окислительно-восстановитель-ных реакций на основе валентных возможностей атомов, обусловленных их положением в периодической системе. После ответа на все вопросы, программа выставит оценку и покажет правильные ответы и пояснение по данному вопросу.
Таким образом, в электронном издании «Атом. Строение и динамика» в определенной степени осуществлена интеграция образовательных и информационных технологий обучения.