技術領域

本實用新型屬于化學教學領域，涉及一種化學教學中的元素周期教具，尤其涉及一種三維圓錐塔元素周期教具。

背景技術

元素周期律能集中反映各元素之間的內在聯系和遞變規律，直觀地表達元素的部分性質，是化學工作者進行科學工作的指南，又是幫助學生涉入化學世界的重要工具。然而，作為元素周期律的表達，則始終未能達到完美的程度。元素周期表從它誕生起，就一直處于不斷的變化之中。19世紀60年代，俄國化學家門捷列夫提出元素的化學性質隨原子的遞增呈周期性變化的元素周期律，并于1869年發表了第一張元素周期表。1871年，他對自己的周期表作了適當的調整。1898年，克魯克斯又確定了惰性氣體的位置。1913年，莫斯萊按原子序數確定周期表，進一步確定了氫和鉀的位置，鈷與鎳、碲與碘的位置互換。1922年，波爾提出用原子外層電子決定周期表，引入過渡金屬的概念，同時確定鑭系元素的位置。1964年以來，各國科學家對未知元素的存在和性質進行大膽的預測，又成功地合成了許多新元素，這些元素的發現既得益于元素周期表，又豐富和發展了元素周期表。

隨著科學的發展及認識的不斷深化，人們研制出了多種類型的平面元素周期表。目前最通用的平面元素周期表(長式周期表)，雖然整齊、易讀，但是將內過渡元素單獨列出，使周期表失去了整體連貫性，且對周期律的界限問題缺乏說明，對其它內容，諸如：對角線規則、同族元素由上到下原子半徑增大等缺乏直觀描述。在化學教學中，物質結構、元素周期律及其化合物的性質是教學的難點，教師都采用平面周期表，對某些內容講起來比較抽象，不容易引起學生的興趣，如原子半徑的變化規律、元素按價電子排布分區、原子序數的連續性等。

為此，人們在周期表的排列，制作方面不斷改進，設計了各種元素周期表達的立體模式。目前已報道的有積木型、支架型、寶塔型、大廈型、三角錐形，圓柱式等。立體元素周期模型已受到人們的關注，在中學課本(實驗本)中也已經采用了立體彩色元素周期表，即將推廣。這些模型著眼于周期律某一方面的內容，在一定程度上對元素周期模型設計面臨的某些問題加以很好地解釋。但無論如何設計，它必須集中反映各元素之間的內在聯系和遞變規律，力圖直觀表達元素的部分性質。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種集直觀性、趣味性、創造性為一體的三維圓錐塔元素周期教具。

本實用新型三維圓錐塔元素周期教具，是將元素周期表中的元素按價電子構型分為s區、d區、p區、f區，并將s區、d區、p區按原子序數依次增大的順序，以逆時針方向排列在三維圓錐塔的錐體上；各區中同族元素位于錐體的同一徑向；同一周期的元素對應錐體的同一緯度；所述s區包括IA族和IIA族元素；p區包括0族、IIIA族、IVA族、VA族、VIA族及VIIA族元素；d區包括IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIIIB、IB及IIB族元素；f區包括鑭系和錒系元素，其按原子序數依次增大的順序，以逆時針方向排列在圓錐塔的柱體上。

本實用新型元素周期教具的模型分析：

1、各元素分布在圓錐體上，比例均勻，從錐頂到錐底體積增大，揭示了同族元素自上至下原子半徑增大。氫排布在錐頂，屬于第一周期；在同一周期，隨著原子序數增大，原子半徑減小(因為原子核對外層電子引力增加，使原子半徑收縮)；每到0族達到穩定結構，同時原子半徑突然增大。隨著元素周期數的增加，元素的性質又進入了較高一級。錐體上每一緯度代表一個周期，徑向代表族數。

2、整個教具沿逆時針方向繞著錐體旋轉，將所有元素連貫起來。同族元素如鑭、錒系元素的性質非常相似，鑭、錒系位于模型的三維圓錐塔的柱體上，形象地反映周期律中的“鑭系收縮”現象。

本實用新型與現有技術相比具有以下優點：

1、教學的直觀性：本模型借助三維圓錐塔的立體特征，將元素周期表中的元素按價電子構型分為四個區s、d、p、f，并分別置于三維圓錐塔的錐體和柱體上，直觀地反映了元素周期的遞變規律：同一族，從塔頂到塔底體積越來越大，揭示了原子半徑自上而下逐漸增大；氫元素位于塔頂，表明原子量最小；0族元素在圓錐塔地同一徑向所占空間相對較大，表示其原子半徑突然增大。這些特征直觀形象地反映了元素的遞變性，有助于學生理解周期律中元素金屬性、酸堿性、電負性的變化規律；旋轉模型，可以讀取到任意元素，直觀、方便。

2、形式美：重力法則的作用要求物體具有均衡穩定的外形，三維圓錐塔元素周期教具結構的一個顯著的特點就是對稱、均衡、穩定，以立體模式將所有元素有規律地堆積起來形成元素家族。