分子球棍模型的使用(六)
化学分子结构的三维模型
化学分子结构的三维模型化学分子结构的研究对于理解分子性质和化学反应机制具有重要意义。
传统的平面图只能提供分子的二维结构信息，而无法准确描述分子的空间排列。
为了更好地展示分子结构，化学家们发展出了各种三维模型。
本文将介绍几种常见的化学分子结构的三维模型以及它们的使用方法。
一、简化球棍模型简化球棍模型是最基本的三维模型形式。
它由球形表示原子，棍状连接表示化学键。
这种模型简单直观，可以清楚地展示分子的空间构型。
在构建简化球棍模型时，我们需要确定原子种类、原子间的键类型和键的长度。
一种常见的简化球棍模型软件是Jmol，通过输入化学式和键的信息，它可以生成相应的三维模型。
二、空间填充模型空间填充模型通过在球棍模型的基础上添加了原子半径，使得分子更加真实地呈现出来。
空间填充模型中，原子球的大小根据原子半径确定，分子中原子之间的重叠可以很直观地观察到。
由于空间填充模型较为复杂，常用的软件有PyMOL和VMD等专业分子模拟软件，它们可以通过输入分子坐标和半径的信息生成具体的空间填充模型。
三、球棍加颜色模型球棍加颜色模型是在球棍模型的基础上，为原子和棍状连接添加不同的颜色，用来表示原子的种类和性质。
根据元素周期表，不同的原子可以被赋予不同的颜色，例如氢原子可以用白色表示，氧原子可以用红色表示。
通过这种模型，可以更好地理解分子中各个原子的相互作用及元素组成。
同样地，软件Jmol和PyMOL都支持生成球棍加颜色模型。
四、立体投影模型立体投影模型是通过将分子投影到平面上来描述分子的结构。
在立体投影模型中，分子的平面结构和空间构型都可以展现出来，更有利于观察分子的立体性质。
根据投影的不同方式，立体投影模型可以分为Newman投影、Fischer投影和锥形投影等。
在有机化学中，Fischer 投影是一个常用的表示手性分子的方法。
这种模型可以手绘，也可以通过分子模拟软件进行绘制和展示。
总结：化学分子结构的三维模型对于理解分子性质和化学反应机制具有重要意义。
甲烷乙烷丙烷球棍模型
甲烷乙烷丙烷球棍模型甲烷、乙烷和丙烷是我们生活中常见的有机化合物。
它们是碳氢化合物，由碳原子和氢原子组成。
为了更好地理解这些分子的结构和属性，科学家们发展了一种称为球棍模型的表示方法。
这种模型通过使用球体代表原子，以及棍子代表化学键来描绘分子的三维结构。
在本文中，我们将深入探讨甲烷、乙烷和丙烷的球棍模型，了解它们的结构和性质。
一、甲烷（CH4）甲烷是最简单的烷烃，也是天然气的主要成分之一。
它由一个碳原子和四个氢原子组成。
在球棍模型中，我们可以用一个球体代表碳原子，四根棍子从碳原子上延伸，每根棍子连接一个氢原子。
这种球棍模型直观地展示了甲烷分子的结构，碳原子位于中心，四个氢原子均匀地环绕在周围。
甲烷分子具有高度对称性，所有碳-氢键的长度都相等，所有氢原子的角度也都相等。
这种高度对称的结构使得甲烷具有稳定的性质，它是一种无色、无味、无臭的气体。
由于甲烷分子中碳原子与周围的氢原子之间共享电子，它具有较强的上向键电子云，这使得甲烷分子在化学反应中不太活泼。
二、乙烷（C2H6）乙烷是由两个碳原子和六个氢原子组成的烷烃。
与甲烷相比，乙烷的球棍模型稍微复杂一些。
我们可以用两个球体分别代表两个碳原子，然后用棍子将它们连接起来。
每个碳原子还连接了三个氢原子，这些氢原子通过棍子与碳原子相连。
乙烷分子的结构也具有一定的对称性，两个碳-碳键的长度相等，以及周围氢原子的排列相对对称。
然而，与甲烷不同的是，乙烷分子的结构更加灵活，碳原子和氢原子之间可以自由旋转。
这种结构的灵活性使得乙烷在化学反应中具有更大的活性。
乙烷是一种无色、无味的气体，通常作为燃料在工业和家庭中使用。
三、丙烷（C3H8）丙烷是由三个碳原子和八个氢原子组成的烷烃。
与甲烷和乙烷相比，丙烷的球棍模型更加复杂。
我们可以用三个球体来代表三个碳原子，并使用棍子将它们连接起来。
每个碳原子除了与相邻的碳原子相连外，还连接了三个氢原子。
丙烷分子的结构相对复杂，由于存在三个碳原子，它的形状更加不规则。
7.5实验活动8搭建球棍模型认识有机化合物分子结构的特点（课件ppt24页）
二氯甲烷结构式
二氯甲烷不存在同分异构体
二氯甲烷球棍模型
新课讲解
3.分子中含有4个碳原子的烃可能有多少种结构？尝试用
球棍模型进行探究
粗盐
4个碳原子的烷不烃溶有性：丁烷、异杂丁质 烷，结构简式 泥沙
分别为：CH3-CH2-CH2-CH3; CH3-CH(CH3)-CH3。
丁烷
异丁烷
新课讲解
4个碳原子的单烯烃有：1-丁烯、2-丁烯、2-甲基丙 烯、1,3-丁二烯。结构简式CH2=CH-CH2-CH3; CH3-CH=CH-CH3;CH3-C(CH3)=CH2， CH2=CH-CH=CH2 4个碳原子的炔烃有：1-丁炔、2-丁炔、 1,3-丁二炔,其结构简式分别为 CH≡C-CH2-CH3;CH3-C≡C-CH3; CH≡C-C≡CH
新课讲解
5、某烃的一氯代物只有两种，二氯代物有四
种，则该烃是（ D）
A .甲烷
B. 异戊烷
C. 2－甲基丙烷 D. 丙烷
新课讲解
6、把2-丁烯（CH3-CH=CH-CH3）跟溴水作用，其
产物主要是 ( C ) A 、1，2-二溴丁烷
B 、2-溴丁烷
C、2，3-二溴丁烷 D、1，1-二溴丁烷
课堂小结 有机物化合物结构的特点
新课讲解
乙炔
分子式 C2H2
乙炔
结构式 H一C≡C一H
结构特点 直线结构。分子里有碳-碳叁键(其中含两个不牢固的共价键) , 键与键之间的夹角是180° , 是直线型分子。两个不牢固的共 价键易断裂。
新课讲解
乙炔分子的球棍模型搭建 注意：是直线型分子，分子里每个C 和H形成一个C-H键，碳和碳之间通 过叁键链接(其中含两个不牢固的共价 键) , 键与键之间的夹角是180° 。
多功能分子结构模型
白球 白球 白球
白球 黄球
第八步：将墨水瓶瓶盖取下，从中心（即圆心）处打一个孔并调节大 小使之能插入饮料吸管。取一根吸管（长度不小于10cm）插入瓶 盖，将瓶盖盖回墨水瓶并使吸管插到瓶底。再将吸管与黄球上剩下的 一个孔相连便可完成全部操作得到如下模型。
白球 白球 白球 白球 黄球
墨水瓶 可表示甲烷分子，黄球表示碳原子，白球表示氢原子。
画弧后，在圆上有A、B、C、D、E、F六个交点 C B A F E D 圆心
第四步：分别取相间的三个点（比如B、F、D）打孔。 第五步：取4个白色乒乓球，分别在每个乒乓球上打一个孔。 第六步：取四根饮料吸管，用直尺和小刀分别量切为10cm长，并用 锥子轻轻转动调节每个孔的大小，使之恰好能插入饮料吸管。 第七步：将4个白色乒乓球分别与4根吸管相连，并将吸管分别与黄色 乒乓球上的B、F、D孔及圆心处的孔相连，即可得到如下模型。
2、 使用方法介绍
“多功能分子结构球棍模型”可用于模拟九年级化学中如甲烷、氨 气、水、氧气、氮气等常见化学物质的分子结构，如果制作同样的两 个，还可以用来演示电解水以及过氧化氢分解等化学变化的微观过程。 使用面广，因此，我给它取名为“多功能分子结构球棍模型”。下面给大 家介绍一下它的具体用法：
球棍模型知识点总结
球棍模型知识点总结球棍模型是一种用于描述多原子分子的结构和性质的简化模型。
它假设分子由一系列质点（原子）构成，这些质点通过弹簧相互连接。
球棍模型可以用于研究分子的力学性质、振动特性、热力学性质等，是化学、生物、材料科学等领域中广泛使用的理论工具。
1. 原子模型在球棍模型中，原子被简化为质点，忽略了原子的内部结构和电子云。
原子的质量和位置是球棍模型中的基本参数，通常用球形质点来表示。
原子之间的相互作用通过弹簧来描述，弹簧的刚度和原子之间的平衡距离是定义分子结构和性质的重要参数。
2. 分子结构通过球棍模型可以描述分子的结构特征，例如键长、键角、二面角等。
分子的结构参数可以通过实验测量和计算得到，对于具有特定结构的分子，通过球棍模型可以快速预测其结构。
3. 分子振动球棍模型可以用于研究分子的振动特性。
分子中原子的振动可以用简谐振动模型来描述，通过求解分子的振动方程可以得到分子的振动频率和振动模式。
这些振动特性对于理解分子内部的结构和相互作用非常重要。
4. 弹簧势能球棍模型假设相邻原子之间的相互作用可以用弹簧势能来描述，即原子之间的相互作用可以看作是由于弹簧的伸缩而产生的。
通过求解弹簧势能可以得到分子的总势能和势能曲面，这对于理解分子的稳定性和反应性非常重要。
5. 热力学性质利用球棍模型可以研究分子的热力学性质，例如热容、热膨胀、热导率等。
分子的热力学性质与其内部结构和振动特性有关，球棍模型可以帮助预测和解释这些性质。
6. 分子动力学球棍模型可以用于模拟分子的动力学行为，包括分子的运动、振动、旋转等，通过求解分子的运动方程可以了解分子的动力学行为和性质。
7. 应用领域球棍模型在化学、生物、材料科学等领域都有广泛的应用。
在计算化学中，球棍模型可以用于快速预测分子的结构和性质；在药物设计中，可以用于研究分子的相互作用和反应机制；在材料科学中，可以用于设计和优化材料的性能和结构。
8. 模型发展随着计算机技术的发展，球棍模型不断得到扩展和改进。
搭建球棍模型认识有机化合物分子结构的特点(教师版) 23-24学年高一化学教材实验(人教版必修第二册
【同步实验课】 搭建球棍模型认识有机化合物分子结构的特点结构式结构式结构特点结构特点一、问题与讨论：1.通过以上有机物分子球棍模型的搭建，归纳碳原子的成键特征和各类烃分子中的化学键类型。
【解析】每个碳原子形成4个共价键；烷烃中含有碳碳单键及碳氢键，烯烃中含有碳碳双键及碳氢键，可能有碳碳单键，炔烃中含有碳碳三键及碳氢键，可能有碳碳单键。
2.根据二氯甲烷的结构式推测其是否有同分异构体，并通过搭建球棍模型进行验证，体会结构式与分子空间结构之间的关系。
【解析】二氯甲烷可看作是甲烷中的2个氢原子被2个氯原子所代替的产物，与甲烷的结构相似，故其不存在同分异构体。
3.分子中含有4个碳原子的烃可能有多少种结构？尝试用球棍模型进行探究。
【解析】分子中含有4个碳原子的烃可能有CH3CH2CH2CH3、、CH3CH===CHCH3、CH2===CHCH2CH3、、CH3C≡CCH3、CH≡CCH2CH3、、CH2===CH—CH===CH2、CH≡C—CH===CH2、等。
球棍模型略。
二、规律与方法：1．碳原子的成键特点2．烷烃的组成与结构特点注意：(1)烷烃包括链状烷烃(C n H2n＋2)和环状烷烃。
(2)烷烃是饱和烃，碳原子数一定的链状烷烃分子中氢原子数已达到最多，其他含有相同碳原子数的烃分子中的氢原子数都比链状烷烃少。
(3)碳碳结合成链状，链状不是“直线状”，而是呈锯齿状，链上还可分出支链。
3．有机物结构式简化的原则(1)同碳原子上的相同原子可以合并，如可简化为CH3—CCl2—CH3。
(2)依次相连的相同基团可以合并，如CH3CH2CH2CH2CH3可进一步简化为CH3(CH2)3CH3。
(3)键线式简式，如CH3CH2CH2CH3可进一步简化为。
三、深度剖析：1．正确理解同系物(1)同系物的研究对象一定是同类有机物。
(2)同系物一定满足同一通式，但通式相同的有机物不一定是同系物，如CH2===CH2和均满足通式C n H2n(n≥2，n为正整数)，但因二者结构不相似，故不互为同系物。
分子球棍模型的使用(五)
分子球棍模型的使用（五）：葡萄糖结构的初步知识（1）作者敬言：编写《分子球棍模型的使用》，意在与中学师生共享共勉，目前作为大家开展课外活动的参考资料，也为今后立志从事生命科学和生物科技的同学打下一点入门的基础，算是一个“中升大”的“兴趣班”吧！“葡萄糖在生物学领域具有重要地位，是活细胞的能量来源和新陈代谢中间产物，即生物的主要供能物质”，这段话已经说明了学习葡萄糖结构和性质的重要意义了。
我们在中学算是接触到了葡萄糖，继续学习葡萄糖将会感到有很多结构和性质上的难点知识，以我自己的体会，如果老师照本宣科地讲，学生即使认真地听，也很难听懂的。
我这里用分子球棍模型作为学习葡萄糖结构和性质的工具是很有效的，大家要有一个动手动脑的学习习惯，讲到哪种有机物的性质和结构，先搭建好它的分子球棍模型。
事实上，你在搭建模型的过程中，不但是一个动手的过程，更是一个动脑的过程，这样边学这做，学得快，记得牢，是一种不错的学习方法。
一，葡萄糖的结构（1）1，葡萄糖的链式结构，我们已知的是一种开链式结构，其结构简式大家很熟悉（略），但这个简式不能反映各原子或基团在空间的排布。
后来，有一个德国化学家费歇尔，经过毕生的研究，形成“费歇尔投影式”，为此他得了1902年的化学诺贝尔奖。
他把葡萄糖的结构用下面的式子表示：左边的表示图，标出了碳原子的序号、各原子或基团的左右位置，有星号的是手性碳原子（碳原子的四个键连接着的四个基团各不相同）；右边的表示法是以“△”代表－CHO，-CH2OH用“○”表示，羟基用“－”表示，而碳、氢原子则不写出，显然，更简化了费歇尔表示法。
现在，我们第一个学习内容，就是由费歇尔表示法来建立球棍模型，尽管这个球棍模型远远不是葡萄糖分子的真实样子，但它能加深对于葡萄糖分子结构的想象，这是一种很重要的学习方法。
开始搭建这个模型是有一定难度的！当你按上面这个费歇尔式搭建葡萄糖的分子球棍模型时，是否感到有些不顺利！下面一边说明碰到的问题是什么，一边指出解决方法：○1为了要满足各原子的排列关系，搭成的模型没有规律，“扯不直，拉不伸”，六个碳原子不在一个平面上，纽来纽去的！这是经常碰到的情况。
球棍模型的实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解球棍模型的基本原理和构建方法。
2. 培养学生运用球棍模型进行化学分子结构研究的能力。
3. 提高学生对化学分子三维空间结构的认识。
二、实验原理球棍模型是一种空间填充模型，用于表现化学分子的三维空间分布。
在球棍模型中，线代表共价键，可连结以球型表示的原子中心。
通过构建球棍模型，可以直观地展示分子的三维结构，有助于理解分子间的相互作用和化学性质。
三、实验材料1. 原子球：碳、氢、氧、氮等原子球。
2. 共价键棒：不同长度的棒状物，代表不同类型的共价键。
3. 球棍模型底座：用于固定球棍模型。
4. 实验指导书。
四、实验步骤1. 确定分子结构：根据实验指导书，了解所要构建的化学分子的原子组成和键的类型。
2. 选择原子球：根据分子结构，选择相应数量的原子球。
3. 构建共价键：用共价键棒连接原子球，形成分子的基本骨架。
4. 调整模型：根据分子的空间结构，调整原子球的位置和共价键的长度。
5. 固定模型：将球棍模型放置在底座上，确保模型稳定。
6. 检查模型：检查模型是否符合实验指导书中的分子结构要求。
五、实验结果与分析1. 实验结果：成功构建了CH4、C2H4、C2H2等化学分子的球棍模型。
2. 分析：（1）CH4分子球棍模型：CH4分子为正四面体结构，碳原子位于正四面体的中心，四个氢原子位于正四面体的四个顶角。
球棍模型中，碳原子用黑色球表示，氢原子用白色球表示，碳氢共价键用黑色棒表示。
（2）C2H4分子球棍模型：C2H4分子为平面结构，两个碳原子位于平面中心，四个氢原子分别位于两个碳原子的两侧。
球棍模型中，碳原子用黑色球表示，氢原子用白色球表示，碳氢共价键用黑色棒表示。
（3）C2H2分子球棍模型：C2H2分子为直线型结构，两个碳原子位于直线两端，两个氢原子分别位于两个碳原子的中间。
球棍模型中，碳原子用黑色球表示，氢原子用白色球表示，碳氢共价键用黑色棒表示。
六、实验总结1. 通过本次实验，掌握了球棍模型的构建方法，提高了对化学分子三维空间结构的认识。
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分子球棍模型的使用（六）：葡萄糖结构的初步知识（２）
一，几个最常见的基本概念
１，什么是葡萄糖的Ｄ式和Ｌ式
甘油醛有两种结构式，如下图所示。
先看C-2碳原子的结构特点，与它相连的四
个原子或基团是不相同的，这样的碳原子叫做手性碳原子。
其中，羟基在左边的
叫做L-甘油醛，羟基在右边的叫做D-甘油醛。
这两种甘油醛互为镜面对称。
葡萄糖和果糖的空间构型，是以手性碳原子C-5（即离羰基最远的手性碳原子）上的－OH在空间的排列与甘油醛的手性碳原子上的－OH相比较而确定的。
如果与D-甘油醛相同，则为D-型，如与L-甘油醛相同，则为L-型。
如下图：
CHO
O
因为自然界的葡萄糖都是D-型的，所以经常提到的是D-型葡萄糖，
D-型葡萄糖的结构和D-甘油醛相同，L-型葡萄糖的结构和L-甘油醛相同。
2，怎样确定一种葡萄糖是D-型还是L-型，这是一个重难点！
这要分两种情况，一是给出的是实物如何确定，二是给出的是某种表示式如何确定。
○1当给出的是实物时，就用旋光仪器来检验它的旋光方向，如果是右旋的，就是D-
型葡萄糖，如果是左旋的，就是L-型葡萄糖。
但注意的是，对于葡萄糖可以这样确定，但不能是任何糖类都可以用旋光方向来确定，因为构型和旋光性不是一回事。
也就是说，D-型糖类的旋光性既有右旋的也有左旋的。
○2当给出的是一种表示式，一般要分成以下几种：
如果是开链式的，已如上述，看它的C-5的羟基在左边还是在右边；
如果是哈沃斯式，由于C-5的羟基已不再存在，又由于C-1的半缩醛羟基受α，β的影响，也不能用于判断，故只能用C-2 、C-3和C-4的羟基判断，我们就用C-3来判断吧：C-3的羟基在上，就是D-型葡萄糖；C-3的羟基在下，就是L-型葡萄糖。
如果是一种椅式构象式，则C-3的羟基向上倾是D-型葡萄糖；C-3的羟基向下倾是L-型葡萄糖；
如果是一种球棍模型，碳的编号是按顺时针方向，则C-3是倒立的为D-型葡萄糖；
C-3是直立的为L-型葡萄糖；
3，什么是α-葡萄糖和β-葡萄糖
α-葡萄糖和β-葡萄糖通常都是指自然界存在的D-型葡萄糖，而且都用环状椅式
结构来判断它们，它们的结构只有C-1的羟基空间位置不同，如果C-1的羟基在向
下的a键上为α-葡萄糖，如果C-1的羟基在e键上为β-葡萄糖。
如下图所示，你
看一下谁是β-葡萄糖？谁是α-葡萄糖？
下面这个图可以把几个概念联系起来：
4, 葡萄糖名称中的“D-(+)”是什么意思
前面已知道了其中的“D”是葡萄糖的一种构型，它以甘油醛为比较标准。
D接着的“-”是连接符号，只写不读，有时也读成GANG(杠)，“（+）”是葡萄糖的一个重要性质，叫做旋光性，我们也应当有所了解。
○1含有手性碳原子的化合物一般都会旋光性，这是物质产生旋光性的结构条件，例如葡萄糖的C-2、C-3、C-4、C-5四个碳原子都是手性碳原子；
○2把葡萄糖溶液通过偏振光（自然光有多个振动平面，通过启振镜后就只有一个振动平
面了，这种光叫偏振光）后，偏振光的偏振面发生偏转，如果偏转面向顺时针方向叫做“右旋”，记为“（+）”；如果偏转面向逆时针方向叫做“左旋”，记为“（-）”；
下面的图示就是一个大概的旋光性原理：
下面是一个测定旋光度的实验装置-----旋光仪照片：
下面是检验物质旋光性的实验步骤：
现在，你对旋光性有了一个大概的认识了吧。
5，葡萄糖名称中的“吡喃”是什么意思
吡喃是含有一个氧原子的完全不饱和六元杂环化合物，基结构简式如下：
O
我们知道葡萄糖的环状结构式中有一个含氧六元环，和吡喃结构相似，故习惯上把它叫做吡喃葡萄糖，
二，葡萄糖名称全解析：
现在，我们经常看到的一些名称，你看它里面是些什么意思呢：
α-D(+)-吡喃-葡萄糖，
β-D(+)-吡喃-葡萄糖，
L-（--）葡萄糖，
L-（-）-甘油醛
至此，我们对于葡萄糖就由名称加深了认识，为学习糖类化合物打下基础。
三，有关葡萄糖的其它几个概念
１，葡萄糖含有4个的性碳原子，按照24计算，它应当有16个对映体，但是自然界中只有3种对应体，即D-（+）-葡萄糖、即D-（+）-甘露糖、即D-（+）-半乳糖。
到现在为止，其他的13种对映体都已经由人工制造出来了。
２，人体不能产生葡萄糖，只能代谢葡萄糖中的D-型葡萄糖，不能代谢L-葡萄糖，故L-葡萄糖可以用作甜味剂而又不会增加能量摄入。
３，葡萄糖的表示法，最初是用费歇尔法，然后考虑到环状结构，采用哈沃斯法，
后来又考虑到构象的稳定性，采用构象式法，
(上面名称中的“N式”是指普通存在的稳定式，一般都没有标出N式来)
通常，哈沃斯法和构象式法用得最多。
整个糖类化合物的表示法也都是常用这两种方法。
其中，构象法更能表示出葡萄糖的空间结构。
复习和练习
１，画出葡萄糖α-D-（+）-葡萄糖和β-D-（+）-葡萄糖的哈沃斯式和椅式构象式；
2，已知D-（+）-葡萄糖和L-（-）-葡萄糖互为手性对映体，请你画出后者的费歇尔式和哈沃斯式。