Шаростержневые модели молекул и кристаллов для кабинета химии
Метан, вода, бензол, ДНК, алмаз — ученик понимает строение вещества лучше, когда держит его в руках. Рассказываем, как напечатать набор моделей, который можно собирать и разбирать.
Обновлено 28.10.2026
В химии пространство играет такую же роль, как и формулы. Молекула воды угловая, метан — тетраэдр, бензол плоский шестиугольник, алмаз — трёхмерная решётка. Школьник запоминает это, когда собирает модель руками. Печатный набор можно сделать под любую программу.
Принцип шаростержневой модели
Шары изображают атомы, стержни — химические связи. Диаметр шара отражает относительный размер атома, а углы между отверстиями — валентные углы. Такие модели не передают объём электронных облаков, зато показывают геометрию и связность.
Атомы и цвета
| Атом | Цвет | Диаметр шара, мм | Число отверстий |
|---|---|---|---|
| H | белый | 20 | 1 |
| C | чёрный | 30 | 4 (109,5°) |
| O | красный | 28 | 2 (104,5°) |
| N | синий | 28 | 3 (107°) |
| S | жёлтый | 34 | 2 |
| Cl | зелёный | 32 | 1 |
| P | оранжевый | 34 | 3–5 |
| Na | фиолетовый | 36 | 1 |
Отверстие диаметром 4,2 мм под стержень 4 мм. Для магнитного соединения вклеивают магнит 4×3 мм.
Углы в моделях
Угол между связями задаёт геометрию:
- линейная молекула (CO₂) — 180°;
- плоская тригональная (BF₃, бензол) — 120°;
- тетраэдрическая (CH₄) — 109,5°;
- угловая (H₂O) — 104,5°;
- пирамидальная (NH₃) — 107°;
- октаэдрическая (SF₆) — 90°.
Отверстия задаются в CAD по углам, а при печати шар кладут так, чтобы они были направлены вверх и в стороны без поддержек.
Что печатать в набор
- Простые молекулы: H₂O, CO₂, NH₃, CH₄, C₂H₄, C₂H₂, HCl.
- Органика: этан, пропан, бутан и изомеры, этилен, бензол, этанол, уксусная кислота, глюкоза.
- Неорганика: SO₂, SO₃, H₂SO₄.
- Кристаллы: NaCl, алмаз, графит, лёд, кубическая решётка.
- Биомолекулы: фрагмент ДНК, аминокислоты.
Для набора на класс из 15 человек достаточно 150–200 шаров и 200 стержней, чтобы сразу несколько групп собирали разные молекулы.
Кристаллические решётки
Решётка NaCl: чередующиеся шары Na и Cl, расстояние между центрами 56 мм на каждые 0,28 нм. Алмаз: углеродные тетраэдры, образующие кубическую ячейку с четырьмя ближайшими соседями. Графит: слои шестиугольников, связанные слабее. Модели решёток делают на подставках, а ячейки отдельно.
Материал и обработка
Шары печатают из PLA или PETG: цвета яркие, поверхность матовая. Для гладкой поверхности — смола. Стержни — из нейлона или PETG, а упругие соединения — из TPU. Магниты вклеивают эпоксидкой. Хранят набор в коробке с ячейками и подписью.
Пример: набор «Органическая химия» на 15 парт
В комплекте на парту: 30 чёрных шаров C (30 мм), 60 белых H (20 мм), 10 красных O (28 мм), 5 синих N, 10 стержней коротких и 40 обычных. Дополнительно — карточки с формулами. Печать ведут партиями по цветам: чёрные шары на одной платформе, белые на другой. Итого около 900 деталей, которые удобно разложить по контейнерам.
Ошибки в моделях молекул
Неверные углы. Если отверстия под стержни сверлят «на глаз», вода превращается в линейную молекулу, а метан — в плоскую. Углы закладывают в модель точно, а при печати проверяют транспортиром на пробном шаре.
Одинаковые шары для разных атомов. Различие размеров несёт смысл: хлор крупнее водорода в полтора-два раза. Если все шары одинаковы, ученик теряет подсказку.
Слабое соединение. Стержень диаметром 3 мм в отверстии 3,5 мм болтается, а в отверстии 3,0 мм не лезет. Подбирайте зазор на пробе: для PLA хорошо работает 4,0 мм стержень и 4,15–4,2 мм отверстие.
Недостаточный запас деталей. Классу нужны десятки одинаковых шаров, и дефицит чёрных (углерод) и белых (водород) останавливает занятие. Рассчитывайте по самой большой молекуле урока.
Кристаллические решётки на уроке физики
Для физики материалов полезны модели трёх основных кристаллических решёток металлов: объёмно-центрированной, гранецентрированной и гексагональной плотноупакованной. Шары в них одинаковые, но упакованы по-разному, и ученик видит, откуда берётся разная пластичность меди и железа. Модели делают разборными по слоям, чтобы можно было показать последовательность укладки.
Как использовать набор на уроке
Раздайте группам по карточке с формулой и попросите собрать молекулу, а затем сравнить результат с соседями. Добавьте задание на углы и симметрию: ученики измеряют транспортиром и записывают значения. Набор после занятия возвращается в коробку, где каждый цвет имеет свою ячейку, и подготовка к следующему уроку занимает пару минут.
Если нужно сделать
Подготовим набор по вашей программе: шары, стержни, подставки и карточки. Подробнее — на странице макетов; для мелких деталей и гладкой поверхности подходит фотополимерная печать, цену посчитает калькулятор.