Krystallografi i gymnasiet

Baggrund

Den atomare og molekylære struktur er altafgørende for materialers egenskaber, og derfor er det bare fantastisk vigtigt at vide så meget som muligt om dette emne, hvis man ønsker at udvikle nye eller forbedre eksisterende materialer. Den absolut vigtigste måde at opnå viden om den tre-dimensionelle fordeling af atomer i et fast stof er ved hjælp af krystallografi. Og vi vil meget gerne hjælpe med at bringe viden om krystallografi og dens anvendelse ud i gymnasieskolen. Derfor har vi lavet disse sider, hvorfra I kan hente viden om emnet og inspiration til konkrete eksempler på hvordan man bruger det i gymnasiet.

Det afgørende element er at alle offentlige institutioner i Danmark nu er sikret adgang til en database med alle publicerede krystalstrukturer, og ydermere imponerende software til at udnytte denne strukturelle guldgrube. Derfor er forløbet i det følgende bygget op om brugen af denne database. I den proces bliver der rig mulighed for at visualisere 3D-strukturer, som gerne skal medføre en øget forståelse af at molekyler ikke er flade ting, der kan tegnes på papir og tavle, men har en vigtig rumlig udstrækning.

Cambridge-databasen (CSD)

Kort fortalt er Cambridge Structural Database (CSD) opstået, fordi der var et behov for at samle al den information der blev produceret, når krystalstrukturer blev løst. I starten var det et foretagende, der var associeret med Cambridge University, men i slutningen af 90’erne blev det udskilt i et separat firma, kaldet CCDC eller Cambridge Crystallographic Data Centre. CSD indeholder alle krystalstrukturer hvori der indgår et C-atom. Hvis der ikke er et carbon, så er det defineret som uorganisk og deponeres i en anden database.

CSD indeholder op mod 850.000 krystalstrukturer, og det betyder, at man kan bruge statistisk analyse af databasen til at lære en masse om molekylers geometri og kemiske bindinger. Heldigvis har CCDC udviklet nogle fantastiske pædagogiske hjælpemidler til at søge i CSD og vise 3D-tegninger af molekyler.

Og fra og med 2017 har alle uddannelsesinstitutioner mulighed for at downloade programmerne lokalt og bruge dem i undervisningen. Alternativt kan man bruge en online søgefunktion, hvis man ikke har mulighed for at tilbyde eleverne computere med programmet installeret, eller hvis eleverne ikke har plads på deres egen PC.

Software

CSD består udover selve databasen som nævnt tidligere af en række programmer til at søge og analysere databasen, samt grafisk vise strukturerne på skærmen. Alle disse programmer hentes samlet og pakkes ud på computeren. Programmerne er som følger:

CSD – selve databasen

Conquest – program til søge i CSD efter bestemte fragmenter eller tekst eller mange andre søgekriterier

Mercury – program til at plotte strukturer i 3D

Lokal installation

For at komme i gang med programmerne skal de installeres lokalt på en eller flere computere.
Dette kræver, at jeres institution bliver registreret.

Registrering foregår ved at udfylde denne formular, og sende den retur til seniorforsker Jacob Overgaard (jacobo@chem.au.dk) sammen med email-adresse og navn på kontaktpersonen fra jeres gymnasium. Når registreringen er oprettet, vil I få tilsendt et "User Letter" fra CCDC med download-detaljer.

Undervisningsmateriale

Her vil der løbende blive placeret materiale til brug i undervisningen.