在自制学具中理解物质结构

陈奕蒨

在学习《普通高中教科书·选择性必修2 物质结构与性质》这本书时，我进一步明白“物质的组成与结构决定了物质的性质与变化；物质性质的改变是物质的组成与结构发生了变化的结果”。科学家们若是想要制造有特定性质与用途的物质或产品，必须要先掌握其结构。抱着对学习的热情与积极行动，我在学习这本教材中的知识时，基本顺利，然而在学晶胞这一节，尤其是在做与投影图相关的题目时，一开始我感觉难以想象、推导过程很费时间。这时，化学郑老师建议我们亲自动手实践，通过制作具体和生动的宏观实物，来提高对微观结构的理解与运用能力。

我的制作取材于“湖南省2022年普通高中学业水平选择性考试化学”的第18题（原题如下）。

18.（4）钾、铁、硒可以形成一種超导材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示：

①该超导材料的最简化学式为______；

②Fe原子的配位数为_______；

③该晶胞参数a=b=0.4nm、c=1.4nm。

阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为_______g·cm-3（列出计算式）。

在制作模型前，先由试题中的晶胞投影图推导晶胞的结构，即每个晶胞中各种原子的位置和数目。钾原子：位于顶点和体心，晶胞净占个数为8×[18]+1=2；铁原子：我一开始看xz、yz平面的投影图，以为是铁原子位于棱上和体心，再结合yz平面的投影图仔细琢磨后，才确定铁原子是位于xz和yz方向的4个侧面，每个侧面有2个铁原子，晶胞净占个数为2×4×[12]=4；硒原子：每条z方向的棱上有2个硒原子，晶胞内部有2个硒原子，晶胞净占个数为2×4×[14]+2=4。

制作的主要步骤如下：1. 选取原料，我准备了3种不同颜色的粘土、塑料棒和玻璃胶等；2. 动手制作，（1）揉捏9个红色的小球作K原子、10个白色的小球作Se原子、8个黑色的小球作Fe原子；（2）选取4个红色的K原子、4个白色的Se原子、2个黑色的Fe原子，用塑料棒将这些小球串联，固定于正确的空间位置，制作了一个xz平面；（3）选取xz和yz方向共4个面涉及的原子，依次制作这4个面，并组装为一个四方晶胞；（4）将剩下的2个白色的Se原子、1个红色的K原子，固定于晶胞内部正确的空间位置。通过这四步操作，试卷中的平面投影图变成了我眼前的真实的、立体的球棍模型。

虽然制作过程中操作步骤比较简单，但涉及到3种、共27个原子，并需要将这些原子固定于正确的空间位置组装为一个四方晶胞，这需要静心和耐心，制作过程耗费了近两个小时。当我亲自动手实践，将脑、手、眼等综合运用时，这给我带来一种特殊的实在感和愉悦感；当我自己动手构造的球棍模型完整地呈现在面前时，我惊奇地发现原本模糊的想象与困惑已久的问题变得清晰了然，我可以从各个角度观察该结构，能准确地进行相关的数据推理，这使得我深刻地理解构成宏观晶体的微观晶胞结构，一种无与伦比的成就感、满足感、自豪感漫涌上我的心头，对晶体、对化学的兴趣也更加强烈。

这一次自制晶胞结构的学具的实践活动，加强了我对这一类晶胞结构和晶胞模型的认知与理解；使我从宏观创造中，见到微观世界的美妙奥秘，感受到了微观结构的精彩独特。微观结构代表物质的本质、宏观物质体现世界的万千曼妙，在一次次微观与宏观的探索中，我们才能更接近“既明察秋毫，又见舆薪”。我感受到“在做中学”的魅力，动手实践能激发我对学习的兴趣，丰富我的知识面，开拓我的思维与眼界，培养我的自主学习能力和创新精神。在今后的学习中，我将更深入地理解宏观与微观的联系，边学习边实践，在学习的道路上行稳致远。

（指导老师：郑艳华）