在自制學具中理解物質結構

陳奕蒨

在學習《普通高中教科書·選擇性必修2 物質結構與性質》這本書時，我進一步明白“物質的組成與結構決定了物質的性質與變化；物質性質的改變是物質的組成與結構發生了變化的結果”。科學家們若是想要制造有特定性質與用途的物質或產品，必須要先掌握其結構。抱著對學習的熱情與積極行動，我在學習這本教材中的知識時，基本順利，然而在學晶胞這一節，尤其是在做與投影圖相關的題目時，一開始我感覺難以想象、推導過程很費時間。這時，化學鄭老師建議我們親自動手實踐，通過制作具體和生動的宏觀實物，來提高對微觀結構的理解與運用能力。

我的制作取材于“湖南省2022年普通高中學業水平選擇性考試化學”的第18題（原題如下）。

18.（4）鉀、鐵、硒可以形成一種超導材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分別如圖所示：

①該超導材料的最簡化學式為______；

②Fe原子的配位數為_______；

③該晶胞參數a=b=0.4nm、c=1.4nm。

阿伏加德羅常數的值為NA，則該晶體的密度為_______g·cm-3（列出計算式）。

在制作模型前，先由試題中的晶胞投影圖推導晶胞的結構，即每個晶胞中各種原子的位置和數目。鉀原子：位于頂點和體心，晶胞凈占個數為8×[18]+1=2；鐵原子：我一開始看xz、yz平面的投影圖，以為是鐵原子位于棱上和體心，再結合yz平面的投影圖仔細琢磨后，才確定鐵原子是位于xz和yz方向的4個側面，每個側面有2個鐵原子，晶胞凈占個數為2×4×[12]=4；硒原子：每條z方向的棱上有2個硒原子，晶胞內部有2個硒原子，晶胞凈占個數為2×4×[14]+2=4。

制作的主要步驟如下：1. 選取原料，我準備了3種不同顏色的粘土、塑料棒和玻璃膠等；2. 動手制作，（1）揉捏9個紅色的小球作K原子、10個白色的小球作Se原子、8個黑色的小球作Fe原子；（2）選取4個紅色的K原子、4個白色的Se原子、2個黑色的Fe原子，用塑料棒將這些小球串聯，固定于正確的空間位置，制作了一個xz平面；（3）選取xz和yz方向共4個面涉及的原子，依次制作這4個面，并組裝為一個四方晶胞；（4）將剩下的2個白色的Se原子、1個紅色的K原子，固定于晶胞內部正確的空間位置。通過這四步操作，試卷中的平面投影圖變成了我眼前的真實的、立體的球棍模型。

雖然制作過程中操作步驟比較簡單，但涉及到3種、共27個原子，并需要將這些原子固定于正確的空間位置組裝為一個四方晶胞，這需要靜心和耐心，制作過程耗費了近兩個小時。當我親自動手實踐，將腦、手、眼等綜合運用時，這給我帶來一種特殊的實在感和愉悅感；當我自己動手構造的球棍模型完整地呈現在面前時，我驚奇地發現原本模糊的想象與困惑已久的問題變得清晰了然，我可以從各個角度觀察該結構，能準確地進行相關的數據推理，這使得我深刻地理解構成宏觀晶體的微觀晶胞結構，一種無與倫比的成就感、滿足感、自豪感漫涌上我的心頭，對晶體、對化學的興趣也更加強烈。

這一次自制晶胞結構的學具的實踐活動，加強了我對這一類晶胞結構和晶胞模型的認知與理解；使我從宏觀創造中，見到微觀世界的美妙奧秘，感受到了微觀結構的精彩獨特。微觀結構代表物質的本質、宏觀物質體現世界的萬千曼妙，在一次次微觀與宏觀的探索中，我們才能更接近“既明察秋毫，又見輿薪”。我感受到“在做中學”的魅力，動手實踐能激發我對學習的興趣，豐富我的知識面，開拓我的思維與眼界，培養我的自主學習能力和創新精神。在今后的學習中，我將更深入地理解宏觀與微觀的聯系，邊學習邊實踐，在學習的道路上行穩致遠。

（指導老師：鄭艷華）