Budujemy cząsteczkę

Zagadnienia

• Wzory cząsteczek
• Struktura molekularna
• Izomery
• Cząsteczki

Opis

Zobacz, ile cząsteczek możesz zbudować, dysponując określoną liczbą atomów. Zbierz swoje cząsteczki i zobacz je w 3D! Symulacja Budujemy cząsteczkę pozwala uczniom budować cząsteczki z atomów, odkrywać ich wzory cząsteczkowe i nazwy chemiczne oraz wyświetlać ich struktury w 3D.

PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu Na licencji CC BY 4.0

W opracowaniu niniejszego poradnika wykorzystano materiały PhET: Strona źródłowa symulacji, Teacher Tips (Rouinfar, czerwiec 2023)

W szablonie strony wykorzystano kod html/css: phydemo.app.

Poziom

Szkoła podstawowa, szkoła średnia

Przykładowe cele nauczania

• Opisz różnicę między atomem a cząsteczką.
• Buduj proste cząsteczki z atomów.
• Rozróżnij współczynnik i indeks dolny we wzorze chemicznym.
• Zbuduj cząsteczki na podstawie ich wzoru chemicznego.
• Powiąż wspólne nazwy cząsteczek z wieloma reprezentacjami.
• Eksperymentuj z łączeniem atomów, aby budować większe cząsteczki.

Sterowanie symulacją

Ekran Jedna (link bezpośredni)

Konstruowanie prostych cząsteczek z atomów i tworzenie kolekcji.

Ekran Kilka (link bezpośredni)

Zbuduj i zbierz kilka cząsteczek, aby odkryć znaczenie współczynników.

Ekran Pobaw się (link bezpośredni)

Konstruuj większe cząsteczki, w tym cząsteczki organiczne i inne ważne biologicznie. Znajduj prawidłowości w nazwach podobnych związków lub porównuj zdolność łączenia się różnych związków.

Opcje dostosowywania

Poniższe parametry query umożliwiają dostosowanie symulacji i można je dodać, dołączając znak '?' do adresu URL symulacji i oddzielając każdy parametr query znakiem '&'. Ogólny wzorzec adresu URL to: …html?queryParameter1&queryParameter2&queryParameter3

Na przykład, jeśli w symulacji Budujemy cząsteczkę chcesz uwzględnić tylko pierwszy i drugi ekran (screens=1,2), z domyślnie otwartym drugim ekranem (initialScreen=2), użyj: https://www.edukator.pl/simulations/build-a-molecule_all.html?screens=1,2&initialScreen=2

Aby uruchomić to w języku polskim (locale=pl), adres URL będzie wyglądał następująco: https://www.edukator.pl/simulations/build-a-molecule_all.html?locale=pl&screens=1,2&initialScreen=2

Parametr query i opis	Przykłady
screens - określa, które ekrany są włączone do symulacji i jaka jest ich kolejność. Każdy ekran powinien być oddzielony przecinkiem. Więcej informacji można znaleźć w Centrum pomocy.	screens=2,1 screens=3
initialScreen - otwiera kartę SIM bezpośrednio na określonym ekranie, z pominięciem ekranu głównego.	initialScreen=1 initialScreen=2
locale - określa język symulacji przy użyciu kodów ISO 639-1. Dostępne wersje językowe można znaleźć na stronie symulacji w zakładce Tłumaczenia. Uwaga: działa to tylko wtedy, gdy adres URL symulacji kończy się na “_all.html”.	locale=pl (polski) locale=fr (francuski)
audio - jeśli muted, dźwięk jest domyślnie wyciszony. Jeśli disabled, cały dźwięk jest trwale wyłączony. (nie powoduje to usunięcia elementów sterujących dźwiękiem na ekranie - w tym drugim przypadku pozostają one nieaktywne)	audio=muted audio=disabled
allowLinks - jeśli false, wyłącza linki, które prowadzą uczniów do zewnętrznego adresu URL. Domyślnie jest true.	allowLinks=false

Złożone sterowanie

• Aby odłączyć atom, kliknij lub dotknij go, a jego połączenia zostaną podświetlone na żółto. Rozerwij wiązanie, klikając żółte podświetlenie.
• Aby rozdzielić całą cząsteczkę, użyj niebieskiego przycisku wyświetlanego nad cząsteczką.

Ułatwienia dostępu

Tryb pełnoekranowy

Po kliknięciu logo PhET (na dole po prawej) pojawia się okno zawierające informacje dotyczące symulacji. Możemy tu zmienić sposób jej wyświetlania.

Klikając Pełny ekran przechodzimy do trybu pełnoekranowego (powrót - klawisz escape).

Wersje offline, niewymagające połączenia z internetem

Dostępne są również wersje symulacji niewymagające połączenia z internetem.

Aplikacja PhET Desktop zawiera wszystkie symulacje HTML5 i Java, w tym ich tłumaczenia, do użytku offline w systemach Windows i macOS (dostępne po zalogowaniu tu). Symulacje HTML5 nie wymagają dodatkowego oprogramowania, natomiast do uruchamiania dowolnych symulacji Java w aplikacji komputerowej jest wymagany Java SE Development Kit 8.

Za symboliczną opłatą możemy pobrać w postaci jednej aplikacji wszystkie materiały PhET, które zostały opublikowane w html5. Telefony, tablety i Chromebooki (z systemem Android): Google Play. iPhone'y i iPady (aplikacja na iOS): App Store

Darmową wersję desktopową tej aplikacji pobierzemy bezpośrednio klikając tu - wersja _pl zawiera polską (domyślną) i angielską wersję językową i tu - wersja _all zawiera angielską (domyślną) i wszystkie inne dostępne wersje językowe lub ze strony PhET (klikając przycisk ze strzałką przy wybranej wersji językowej):

Spostrzeżenia na temat korzystania z aplikacji przez uczniów

• Pierwsze dwa ekrany mają wbudowane zadanie dla uczniów polegające na umieszczeniu w polach zbiorczych określonej cząsteczki. Ekran Jedna jest tak skonstruowany, aby pomóc uczniom w naturalny sposób zrozumieć, jak to działa. Po zbudowaniu pierwszej cząsteczki, którą można umieścić w polu zbiorczym, pole zacznie migać i pojawi się strzałka wskazująca miejsce, w którym należy umieścić cząsteczkę. Pierwszy zestaw jest taki sam dla wszystkich uczniów, ale po jego ukończeniu otrzymają oni inny, losowo wybrany zestaw do wypełnienia.
• Zazwyczaj nie jest konieczne opisywanie, co oznacza współczynnik, zanim pozwoli się uczniom zapoznać z ekranem Kilka. Gdy uczniowie mają za zadanie wypełnić pola zbiorcze, zazwyczaj orientują się w ciągu kilku minut.
• Widzieliśmy, jak uczniowie piątej klasy celowo budowali wzory kropkowe Lewisa, aby wyglądały bardziej jak model 3D po użyciu tej symulacji. Na przykład, podczas tworzenia wody zaobserwowaliśmy, że uczniowie celowo dodają wodory po prawej i lewej stronie, a nie jeden na górze i jeden po prawej (lub lewej) stronie po obejrzeniu cząsteczki w 3D.

Uproszczenia modelu

• Używamy reprezentacji podobnej do kropki Lewisa dla cząsteczek w obszarze gry. Podczas budowania cząsteczki zalecamy rozpoczęcie od atomu centralnego, a następnie dodawanie atomów zewnętrznych jeden po drugim. Generalnie nie ma znaczenia, po której stronie atomu centralnego budujesz cząsteczkę. Na przykład, atomy wodoru w cząsteczce wody mogą być oddalone od siebie o 180° lub 90°. Obie struktury są prawidłowe.
• Cząsteczki pojawiające się w pudełkach mają możliwe do przetłumaczenia nazwy, takie jak “woda” i “ozon”. Inne nazwy cząsteczek nie podlegają tłumaczeniu.
• Dla każdej cząsteczki wyświetlamy tradycyjną nazwę IUPAC z bazy danych PubChem. W ten sposób, H₂O będzie nazywane "wodą", a nie "tlenkiem diwodoru". Związki organiczne o nazwach zwyczajowych będą wyświetlane pod nazwą zwyczajową (np. izopropanol), ale związki organiczne bez nazwy zwyczajowej będą wyświetlane pod nazwą systematyczną (np. propan-1-ol).
• Nie pokazujemy wiązań podczas budowania cząsteczki (ale można je zobaczyć w widoku 3D), ponieważ ta symulacja została zaprojektowana głównie dla uczniów szkół średnich. Oznacza to, że niektóre budowane struktury mogą mieć wiele nazw w zależności od wiązań (i jeśli jest to rodnik). W przypadku struktur, które mogą odpowiadać więcej niż jednej cząsteczce, używana jest tylko jedna nazwa i struktura 3D, więc jeśli zbudujesz ją wiele razy, zawsze będzie miała tę samą nazwę i tę samą strukturę 3D, ale nie zawsze będzie to najczęściej spotykana cząsteczka z możliwych opcji.
• Na ekranie Pobaw się istnieje ponad 9000 możliwych nazwanych struktur. Niewielka część z nich to rodniki, a po zbudowaniu ich struktura 3D nie może być dokładnie odwzorowana, co skutkuje brakiem "patyczków" w reprezentacji kulki i patyczka (ball-and-stick).
• Cząsteczki z wiązaniami rezonansowymi mogą nie być dokładnie renderowane w widoku 3D. Na przykład fosgen (CCl₂O) pokaże odpowiednią geometrię trygonalną, ale wiązanie C-O będzie wyglądało na krótsze wiązanie pojedyncze, chociaż często jest renderowane jako wiązanie podwójne.
• Możliwe jest zbudowanie niektórych struktur, które nie są nazwanymi cząsteczkami, takich jak C-C-C, ale niemożliwe jest zbudowanie innych, takich jak Cl-Cl-Cl. Dzieje się tak, ponieważ C-C-C może występować jako część większej cząsteczki (takiej jak propan), podczas gdy w bazie danych nie ma żadnych cząsteczek składających się z łańcucha 3 atomów chloru.

Sugestie dotyczące wykorzystania

Wskazówki dotyczące wszystkich symulacji zawarte są w informacjach ogólnych.

Więcej porad dotyczących korzystania z symulacji z uczniami można znaleźć na stronach PhET w sekcji Wskazówki dotyczące korzystania z PhET.

Przykładowe polecenia

• Opisz różnicę między nazwą cząsteczki a wzorem chemicznym.
• Wyjaśnij różnicę między współczynnikiem a indeksem dolnym we wzorze chemicznym.
• Skompletuj określoną liczbę pól z kolekcją.
• Zbuduj cząsteczkę, biorąc pod uwagę jej wzór chemiczny.
• Wygeneruj wzór chemiczny na podstawie obrazkowej reprezentacji cząsteczki.

Zobacz wszystkie opublikowane na stronach PhET aktywności dla symulacji Budujemy cząsteczkę tutaj (dostęp do materiałów wymaga zalogowania).