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Wednesday, April 16, 2025

晶格密碼:體心立方十五立方烷的串珠宇宙

晶格密碼:體心立方十五立方烷的串珠宇宙 | 科學與工藝的巔峰對話

作者:(Bih-Yaw Jin)|國立臺灣大學化學系教授

媒材:木製串珠(共268顆)

尺寸:21.0 × 21.0 × 21.0 cm

創作年份:2024年

以268顆木珠構建的沸石ACO結構氧離子堆積模型

當立方烷遇見沸石礦物

這件精密的串珠雕塑,實為沸石結構ACO的氧離子堆積模型。藝術家巧妙運用:

  • 15個立方單元:既可視為立方烷(C8H8)分子,也對應沸石中的D4R結構單元(雙四元環)
  • 體心立方晶格:重現自然界礦物的原子排列智慧
  • 268顆木珠:由4條13珠鏈與24條9珠鏈交叉互鎖組裝

▌ 結構解密:微觀世界的巨觀再現

這個模型精準對應沸石ACO的晶體結構特徵:

化學結構 串珠再現方式
氧離子堆積位置 木珠空間坐標
D4R單元(Si/Al-O鍵) 立方體珠鏈框架
體心立方對稱性(Im3m空間群) 21cm立方體的嚴格幾何約束

沸石ACO的X射線晶體結構

串珠模型的拓撲等效結構

串珠工藝的極限挑戰

這件作品突破了三項技術門檻:

  1. 多尺度組裝:需同時處理:
    • 微觀:單個D4R單元的8珠立方體
    • 宏觀:整體21公分的剛性結構
  2. 張力平衡:24條9珠鏈的預應力計算,防止結構扭曲
  3. 可逆組裝:所有連接點皆符合「魯班鎖」原理,無需黏著劑

這件作品將於2025 Bridges Exhibition of Mathematical Art, Craft, and Design展覽展出,現場提供互動模型讓觀眾體驗晶體組裝。

背後的科學詩意

當我們凝視這268顆木珠構成的完美立方體,實際上看見的是:

  • 石化工業中催化裂解的關鍵材料
  • 自然界百萬年礦物生長的幾何密碼
  • 藝術家對「看得見的化學」的終極追求

分子之美:Cyclo-hexacubane 珠串藝術

分子之美:Cyclo-hexacubane 串珠藝術 | 科學與藝術的交匯

藝術家:Bih-Yaw Jin(臺灣大學化學系教授)

材質:木製串珠

尺寸:16.0 × 16.0 × 6.0 cm

創作年份:2021

Cyclo-hexacubane:六個立方烷分子環狀連結的串珠模型

當化學結構遇見手工藝

Bridges 2025 數學藝術展 中,Bih-Yaw Jin 教授的串珠作品 Cyclo-hexacubane 展現了科學與藝術的完美融合。 這件精巧的木珠雕塑,直徑僅 16 公分,卻重現了分子尺度下 六個立方烷(cubane)分子環狀連結 的拓撲結構。 Cyclo-hexacubane 是由十二條珠串,每一條珠串含有九個珠子,彼此交叉連結而成,組裝的方式像是在解一個立體puzzles(interlocking puzzles),如Burr、或是魯班鎖。

立方烷:化學中的幾何奇蹟

立方烷(C8H8)是化學史上著名的合成分子,其碳原子骨架形成一個 完美立方體,所有鍵角均為 90°——這違反了碳原子偏好 109.5° 的常規鍵角,因此具有極高張力。1964 年科學家首次合成立方烷時,它被譽為「不可能分子」的突破。

藝術家的科學創新

Jin 教授延伸其 2019 年 Bridges 會議的研究,將單一立方烷的串珠模型(如下圖)擴展為 環狀六聚體

  • 每個木珠代表一個化學鍵,串線模擬吸引力
  • 需精確計算串珠數與鏈長,以維持結構剛性
  • 解決環狀張力分配問題(類似分子中的「環應力」)

為什麼這件作品重要?

這不僅是藝術創作,更是一種 分子建模的創新方法

  1. 教育價值:讓抽象的分子結構觸手可及
  2. 科學啟發:為設計機械互鎖分子(如分子機器)提供直觀參考
  3. 數學實踐:體現群論對稱性(D6 二面體群)與剛性圖論

Jin 教授的作品提醒我們:「科學的嚴謹與藝術的直覺,實為一體兩面。」 下次當你看到一顆木珠,或許它正悄悄訴說著奈米世界的故事。

延伸閱讀: Bridges 數學藝術會議官網 | 立方烷的維基百科

Sunday, March 16, 2025

BC-Dodecahedrane 珠串模型(2019 Bridges 數學藝術展覽)

BC-Dodecahedrane 珠串模型介紹

創作者: 金必耀教授(Bih-Yaw Jin)

展出平台: Bridges Math Art Gallery 2019

靈感來源與背景知識

BC-Dodecahedrane 作品的靈感來自於 十二面烷(dodecahedrane),這是一種高度對稱的分子,其結構與正十二面體(dodecahedron)幾何形狀相同。該分子的幾何特性不僅在化學領域具有重要意義,也與數學中的柏拉圖立體(Platonic solid)密切相關。

十二面烷的發現與化學意義

十二面烷最早由 **Leo A. Paquette** 及其研究團隊於 **1982 年成功合成**。它是一種碳氫化合物,由 20 個碳原子與 20 個氫原子組成,所有碳原子排列成正十二面體的頂點。這種高度對稱的結構在自然界中極為罕見,使其成為有機化學中的特殊研究對象。

數學與對稱性

  • 柏拉圖立體: 十二面體是五種柏拉圖立體之一,擁有 12 個正五邊形面、20 個頂點、30 條邊。
  • 群論應用: 十二面體對應於交替群 A₅,這是最小的非阿貝爾單群之一,在數學對稱性研究中具有重要地位。
  • 拓撲與剛性: 其結構展現了極高的剛性,使其在分子設計與材料科學中有潛在應用價值。

作品概述

BC-Dodecahedrane 透過 數學珠串技術,模擬十二面烷分子的三維結構。這款珠串拼圖模型不僅重現了分子的拓撲結構,也能讓觀察者體驗柏拉圖立體的數學對稱性。

  • 大小: 約 12 cm × 12 cm × 12 cm
  • 材料: 木珠(直徑約 1 cm)、彈性串珠繩
  • 珠串數量: 10 條五珠串

結構與拼裝方式

BC-Dodecahedrane 的結構由 十條五珠串 交叉組合,每條珠串代表一組含三個碳原子的carbyne。這些珠串交錯排列,最終形成完整的十二面體框架。這種建構方式展現了數學拓撲在分子模型中的應用,也提供了一種直觀理解十二面烷幾何特性的方式。

數學與藝術的結合

這款作品展示了如何利用簡單的串珠技術,建構複雜的三維結構,並將數學、化學與藝術結合。透過動手拼裝,參與者可以深入理解 十二面烷的剛性、鍵結角度,以及其在柏拉圖立體中的位置。

更多資訊

想了解更多 BC-Dodecahedrane 及其他數學珠串藝術作品,請造訪 Bridges Math Art Gallery 2019

BC-Cube 珠立方珠串(2019 數學Bridges 藝術展覽)

BC-Cube 珠串模型介紹

創作者: 金必耀教授(Bih-Yaw Jin)

展出平台: Bridges Math Art Gallery 2019

靈感來源與背景知識

BC-Cube 作品的靈感來自於 立方烷(cubane),這是一種特殊的有機分子,由 8 個碳原子組成,形成幾乎完美的立方體結構。這種分子的歷史、性質與應用,使它成為數學、化學與材料科學研究的重要對象。

立方烷的發現與歷史

立方烷最早由 Philip Eaton 於 1964 年成功合成。這個發現震驚了化學界,因為它的碳-碳鍵角接近 90°,遠離典型碳原子的鍵角(109.5°)。如此特殊的鍵角理論上應該極度不穩定,但立方烷卻能夠存在,展現了分子剛性的奇妙特性。

立方烷的特性與應用

  • 高能量密度: 由於其高度應變的碳-碳鍵,立方烷及其衍生物在高能材料(如燃料與炸藥)中有潛在應用價值。
  • 醫藥應用: 研究發現,立方烷基結構可能成為藥物設計中的功能性基團,影響藥物的生物活性與穩定性。
  • 拓撲與結構剛性: 立方烷的幾何結構提供了一個理想的研究案例,讓科學家探索分子剛性與鍵結應力的極限。

作品概述

BC-Cube 是一款基於立方烷分子的數學珠串拼圖。此作品透過 數學珠串技術,模擬該分子的空間佈局,並將其設計為可拆裝的拼圖模型。

  • 大小: 約 10 cm × 10 cm × 10 cm
  • 材料: 木珠(直徑約 1 cm)、彈性串珠繩
  • 珠串數量: 4 條五珠鏈

結構與拼裝方式

BC-Cube 的拼裝方式基於 四條五珠鏈 的交叉連接。每條珠串代表一組含三個碳原子的carbyne,透過適當的角度組合,最終形成一個立方體結構。該設計不僅展現了分子的幾何特性,也提供了一種創新的數學藝術表達方式。

數學與藝術的結合

這款作品展示了如何利用簡單的串珠技術,建構複雜的三維結構,並將數學、化學與藝術結合。透過動手拼裝,參與者可以深入理解立方烷的 剛性與鍵結角度,並欣賞其對稱之美。

更多資訊

想了解更多 BC-Cube 及其他數學珠串藝術作品,請造訪 Bridges Math Art Gallery 2019

Saturday, March 15, 2025

互鎖珠串模型的沸石 A 結構 (2022 Bridges 數學藝術展覽)

金必耀 - 2022 Bridges 數學藝術展覽

2022 Bridges Conference Art Exhibition: Interlocked Bead-Chain Model of Zeolite A Structure by Bih-Yaw Jin

該網頁展示了國立臺灣大學化學系教授 金必耀(Bih-Yaw Jin)在 2022 年 Bridges 數學藝術研討會上的作品。

金教授專注於利用創新的三維編織技術,使用 珠串 構建沸石等納米分子的球體堆積模型,展示了這些結構的複雜性和美感。

展出作品:「互鎖珠串模型的沸石 A 結構」

Interlocked Bead-Chain Model of Zeolite A Structure

  • 尺寸:50 × 50 × 50 公分
  • 材質:20 毫米木珠
  • 製作年份:2019 年

沸石 A(Zeolite A),亦稱為 LTA,可以視為由立方體、截角八面體和截角立方八面體組成的空間填充鑲嵌結構,這也被稱為截角立方體蜂巢結構。

在此作品中,金教授採用新穎的三維編織方法,使用精心選擇的兩種不同長度的珠串構建了包含八個單位晶胞(2x2x2)的沸石 A 結構的球體堆積模型。每條珠串由預應力彈性繩串聯珠子組成。模型中的球形珠子代表氧陰離子,而位於四面體內部的較小陽離子則未在模型中顯示。這些作品展示了數學與藝術的融合,突顯了納米結構的美感與複雜性。

Bitruncated cubic honeycomb 雙截立方蜂巢(2021 Bridges 數學藝術展覽)

金必耀 - 2021 Bridges 數學藝術展覽

2021 Bridges Conference Art Exhibition: Bead-Chain Woven Sodalite by Bih-Yaw Jin

該網頁展示了國立臺灣大學化學系教授 金必耀(Bih-Yaw Jin)在 2021 年 Bridges 數學藝術研討會上的作品。

金教授專注於利用創新的三維編織技術,使用 珠串 構建沸石等納米分子的球體堆積模型,展示了這些結構的複雜性和美感。

展出作品:「珠串編織方鈉石」

Bead-Chain Woven Sodalite

  • 尺寸:30 × 30 × 30 公分
  • 材質:2 公分木珠
  • 製作年份:2019 年

方鈉石 結構可視為截角八面體的空間填充鑲嵌,亦稱為 雙截立方蜂巢 (bitruncated cubic honeycomb)開爾文結構。 金教授的 珠串雕塑 作品可被視為一種廣義的 張力完整結構,由受壓的硬球組件和受拉的彈性繩組成。 這些作品展示了數學與藝術的融合,突顯了納米結構的美感與複雜性。

八面體奈米金剛石(2020 Bridges 數學藝術展覽)

金必耀與左家靜 - 2020 Bridges 數學藝術展覽

2020 Bridges Conference Art Exhibition: Octahedral nanodiamond by Bih-Yaw Jin and Chia-Chin Tsoo

該網頁展示了國立臺灣大學化學系教授 金必耀(Bih-Yaw Jin)與 左家靜(Chia-Chin Tsoo)在 2020 年 Bridges 數學藝術研討會上的作品。

他們對奈米結構深感興趣,利用數學串珠的角度編織技術,創建了富勒烯、沸石等納米分子的三維球體堆積模型。這些模型作為分子的宏觀價鍵球體模型,展示了其結構的複雜性。

展出作品:「八面體奈米金剛石」

Octahedral Nanodiamond

  • 尺寸:22 × 22 × 22 公分
  • 材質:木珠
  • 製作年份:2019 年

該作品展示了一個具有八個氫終止(111)表面的 八面體奈米金剛石,這是近似 正八面體(柏拉圖五立體之一)的最簡單物理模型。

此三維編織珠串結構由 C₁₆₅H₁₀₀ 組成,包括多層結構,每層皆由 經(0°)緯(90°)的珠串 構成。 總共使用 50 條適當長度的珠串,基於傳統的 平紋織法,在不同層之間交替編織而成。

這些作品展示了數學與藝術創作的結合,突顯了奈米結構的美感與複雜性。

大斜方立方八面體骨架的多面體烷與珠串巴基球(2024 數學藝術展覽)

2024 數學藝術展覽

2024 Bridges Conference Art Exhibition: Polyhedrane with Great Rhombicuboctahedron Skeleton and Bead-Chain Buckyball by Bih-Yaw Jin

該網頁展示了國立臺灣大學化學系教授 金必耀(Bih-Yaw Jin)在 2024 年數學藝術、工藝與設計展覽中的作品。

金教授對奈米尺度的幾何結構深感興趣,致力於利用 珠串 和繩線創建各種富勒烯、沸石等分子的三維模型。這些珠串模型作為分子的宏觀價鍵球體模型,展示了其結構的複雜性。在此次展覽中,他進一步拓展這些珠串模型,將特定的球體排列轉化為以五珠串為核心的創新類型互鎖拼圖。

展出作品

  • 「具有大斜方立方八面體骨架的多面體烷」(Polyhedrane with great rhombicuboctahedron skeleton) - 一個以大斜方立方八面體形式存在的 C₄₈H₄₈ 多面體烷分子。
  • 「珠串巴基球」(Bead-Chain Buckyball) - 以截角二十面體形式存在的 C₆₀H₆₀ 巴基球分子。

這些雕塑均由五珠串組成,通過適當的交叉連接組裝而成,展現了分子結構的獨特美感。

Friday, March 14, 2025

創新「珠串組合益智積木」顛覆分子建模技術

新聞稿:創新「珠串組合益智積木」顛覆分子建模技術

國立台灣大學金必耀博士(Dr. Bih-Yaw Jin)推出一項突破性的珠串組合益智積木(Bead-Chain Construction Set),這項創新技術提供了一種全新的分子建模方法,不僅簡化了籠狀烴(cage-like hydrocarbons)的建構過程,還融合了圖論、化學與拼圖解謎的元素,為科學研究與教育帶來全新視角。

分子可視化的革命性突破

傳統的分子建模技術主要依賴於固定的預製模型繁瑣的串珠技術,兩者皆有其限制。而珠串建構組合突破了這些瓶頸,透過預製的線性五珠串(Five-Bead Chains),讓組裝過程更加直覺、快速且靈活

金必耀表示:

"這種方法將分子建模轉化為一種富有挑戰性的拼圖遊戲,使其不僅適用於科學研究,也更適合學生學習與探索。"

技術創新亮點

  • 快速且高效的組裝:不同於傳統串珠技術需要逐顆穿線,此方法透過模組化的珠串交錯拼接,大幅提升建構效率。
  • 互鎖拼圖式設計:整個組裝過程類似於拆裝拼圖(Interlocking Puzzle),讓分子建模變得更具教育性與趣味性
  • 圖論與化學的結合:分子骨架對應於三價圖(Cubic Graphs),將化學與數學結合,為分子建模帶來新視角。
  • 適用多種籠狀烴分子:該技術適用於如立方烷(Cubane, C₈H₈)、十二面烷(Dodecahedrane, C₂₀H₂₀)及富勒烷(Fulleranes, C₆₀H₆₀)等分子,展現極高的靈活性。
  • 美觀與教育價值兼具:不同顏色的珠串可增強視覺辨識度,特別適合化學教育與實作學習

橋接科學與教育的應用潛力

這項創新技術不僅提升了分子建模的效率,也為化學教育帶來新的學習方式。透過互動式拼裝,學生能更深入理解分子結構,遠離過去被動學習的模式,成為STEM 教育(科學、技術、工程、數學)的絕佳教具。

未來展望與應用機會

「珠串建構組合」預計將受到教育機構、科學研究單位及材料科學領域的廣泛關注。研究團隊希望未來能將這項技術應用於更複雜的分子建構,甚至發展成互動式學習工具,推動分子建模技術的普及與發展

珠串組合益智積木的創新性

Bih-Yaw Jin, Bead-Chain Construction Set and Interlocking Puzzle Inspired by Polyhedranes, Proceedings of Bridges 2019: Mathematics, Art, Music, Architecture, Education, Culture, 553–556.

本研究提出了一種 全新的分子建模方法——珠串組合益智積木(Bead-Chain Construction Set),簡稱 珠串積木,與傳統的分子模型套件或數學串珠技術相比,具有顯著的創新性。

1. 預製珠串,提升組裝效率

  • 傳統的數學串珠(Mathematical Beading)需要逐顆穿線,過程繁瑣且易出錯。
  • 新方法不需要逐步串珠,而是利用預製的線性五珠串(Five-Bead Chains)作為標準化建構單元,透過交錯連接快速組裝分子結構。

2. 互鎖拼圖式的組裝方式

  • 分子模型的建構類似於拆裝拼圖(Interlocking Puzzles),這不僅使其具有教育意義,也增加了趣味性。
  • 不同的珠串交錯方式可以產生多種可能結構,帶來組合挑戰,這與傳統的剛性分子模型不同。

3. 針對籠狀烴的通用性與靈活性

  • 該方法適用於所有籠狀烴(C₂ₙH₂ₙ),包括四面烷(Tetrahedrane)、立方烷(Cubane)、十二面烷(Dodecahedrane)等。
  • 只需一種標準化五珠串,即可建構不同分子結構,概念上更為簡潔統一。

4. 分子建構與圖論的數學關聯

  • 研究揭示了珠串模型與三價圖(Cubic Graphs)之間的關係,提供了一種新的數學視角來理解分子結構。
  • 組裝一個籠狀烴模型,相當於尋找對應三價圖的「n 筆畫不重疊繪製」方式,這具有數學與計算上的新穎性。

5. 美學與教育價值

  • 使用不同顏色的珠子,不僅讓結構更清晰,還能增強視覺吸引力,使複雜分子結構更直觀易懂。
  • 由於其模組化、可拆解的特性,適合作為化學教育工具,讓學生透過動手拼裝來學習分子結構。

與現有方法的比較

特點 傳統分子模型 數學串珠 珠串積木
建構方式 預製剛性零件 逐顆串珠 預製珠串,交錯拼裝
靈活性 固定連接 需精細技術 允許多種組裝方式
使用難度 需搭配特定模型 需手工串珠 容易上手,適合初學者
圖論關聯 直接對應三價圖問題
教育價值 靜態展示 需技術經驗 互動式拼圖,提高學習興趣

結論

珠串建構組合提供了一種嶄新、高效且富有挑戰性的分子建構方式。
透過簡化組裝過程引入圖論視角,並結合美學與教育價值,它在化學建模領域中開闢了一條新的道路,使分子結構的可視化變得更加直觀、靈活且富有趣味性

Friday, January 3, 2025

Bead-Chain Molecular Models

This blog post describes bead-chain models, a novel method for building tensile structures. The models, using interconnected, pre-tensioned bead chains, demonstrate the principles of tension and repulsion in creating self-balancing structures. Examples include building a cube and tetrahedron, and applications extend to modeling molecular structures like cubane, showcasing the potential of bead chains in visualizing complex chemical bonds. The post also highlights the author's related artwork and publications presented at various Bridges conferences.

Podcast: Bead-Chain Molecular Models

The Five-Bead Chain Theorem for Polyhedranes


林映廷, 金必耀, 珠串組合分子模型—多面體烷的五珠串定理, 化學 第七十七卷第四期 405-411 頁 2019.

Ying-Ting Lin and Bih-Yaw Jin, Bead Chain Molecular Models: Five-bead Chain Theorem, CHEMISTRY (Chemical Society Located in Taipei) Vol. 77, No. 4, pp. 405-411, 2019.
DOI: 10.6623/chem.201912_77(4).002

This research paper mathematically proves that any polyhedrane molecule (CnHn) can be constructed using only five-bead chains, where each chain represents specific chemical bonds. The proof utilizes Peterson's perfect matching theorem to demonstrate the existence of resonance structures in fullerene graphs. The authors connect the arrangement of beads in the model to the concept of perfect matchings in graph theory. This innovative molecular model provides a visual representation of molecular structures, including resonance structures. The paper also explores non-uniform chain lengths and Hamilton cycles within the molecular structures.

Podcast: The Five-Bead Chain Theorem for Polyhedranes

Bead Chain Molecular Models of Regular Polyhedranes


金必耀-電子雲價球分子組合模型 化學 第七十七卷第一期 99-109 頁, 2019.

Bih-Yaw Jin, Valence Sphere Models Comprising of One-Dimensional Bead Chains: Polyhedranes as Molecular Assembly Puzzles, CHEMISTRY (Chemical Society Located in Taipei) Vol. 77, No. 1, pp. 99-109, 2019. DOI: 10.6623/chem.201903_77(1).001

This research article details methods for constructing molecular models of polyhedranes—cage-like hydrocarbon molecules—using bead chains. The authors present solutions for building models of tetrahedrane, cubane, and dodecahedrane, transforming the construction problem into a combinatorial puzzle solved via Schlegel diagrams. They propose a conjecture that any C2nH2n hydrocarbon can be built with n five-bead chains. The article includes detailed construction instructions and discusses the mathematical and chemical principles involved. The process is framed as a unique type of puzzle with aesthetically pleasing results.

Podcast: Bead Chain Molecular Models of Regular Polyhedranes

Valence Sphere Models from Bead Chains: Polyhedranes as Molecular Puzzles


金必耀 電子雲價球分子組合模型 化學 第七十七卷第一期 99-109 頁, 2019.

Bih-Yaw Jin, Valence Sphere Models Comprising of One-Dimensional Bead Chains: Polyhedranes as Molecular Assembly Puzzles, CHEMISTRY (Chemical Society Located in Taipei) Vol. 77, No. 1, pp. 99-109, 2019.
DOI: 10.6623/chem.201903_77(1).001
This research article presents a new method for creating valence sphere molecular models using pre-assembled one-dimensional bead chains. The technique allows for the construction of various alkane molecules, including complex polyhedranes, by connecting these chains in specific ways. The process is likened to solving a mathematical puzzle, offering a unique approach to visualizing molecular structures and electron cloud distribution. The method is demonstrated for various molecules and extended to inorganic systems like perovskites. The authors explore the connection between this model and existing valence sphere models and VSEPR theory.

Podcast: Valence Sphere Models from Bead Chains: Polyhedranes as Molecular Puzzles

Saturday, July 13, 2024

Bead-Chain Building Blocks

Contained within the box is a bead chain cube, showcasing an innovative method for building tensile structures. This wooden model utilizes four pre-tensioned linear bead chains interconnected with suitable cross-links. The elastic properties of the bead strings generate tension, causing the beads to repel each other when tightened. This interaction between string tension and bead repulsion ensures the overall self-balancing of the structure.
Bead-Chain Cube (BC-Cube): Take apart BC-Cube to obtain four chains of five beads each.


Challenge 1: BC-Cube

The first task is to reconstruct the four five-bead chains into a cube structure as depicted in the diagram below. The eight terminal beads of these chains align with the vertices of the cube, while the remaining twelve beads are distributed along the cube's edges.


Challenge 2: Giant Tetrahedron

The next task is to link the same four five-bead chains into a tetrahedral arrangement as shown in the diagram below. Each edge of the tetrahedron consists of four beads, and each triangular face contains a total of ten beads.


Basic Operation

The fundamental process in constructing a bead chain model involves "cross-linking". As illustrated in the figure below with two chains of four beads each, the method entails stretching and crossing these chains over the gap between beads. The pre-stressed elastic strings create tension, causing the beads to snugly tighten and wrap around the crossing point.


Bead-Chain Molecular Models

Bead-chain building blocks enable the construction of valence sphere models for various molecules. In these models, beads symbolize the valence electron pairs of the molecule, while the taut elastic strings provide the necessary attractive force to bind these electron pairs together within the molecule. By carefully balancing tension and compression, bead-chain building blocks effectively simulate the equilibrium structure of numerous molecules.
Cubane, with the chemical formula C8H8, features carbon atoms located at the eight vertices of a cube. These carbon atoms are bonded together by twelve carbon-carbon bonds, with the carbon-hydrogen bonds oriented outward from the structure.

See Also



External links

珠串組合益智積木與珠立方

珠串積木是一種全新的張力構建體系,利用具有預應力的線型珠串,通過適當的交叉連結,可以用來搭建各種張力結構。線型珠串中繃緊的彈性繩,具備有預應力因而產生張拉力,並造成珠子彼此間硬殼排斥力與壓縮力,張拉力與壓縮力的均衡,讓整體結構達到自平衡的狀態。這種珠串積木可以應用來建構許多微觀分子的價球模型,其中珠子代表分子中的價電子對,而繃緊的彈性繩給出張拉力,扮演將電子對束縛在分子內所需的吸引力,通過張拉力與壓縮力彼此的均衡,巧妙地模擬微觀分子的平衡幾何結構!

最簡單的珠串積木系統由四條五珠串組成,可用來建構幾個最基本的多面體烷——四面體烷、三棱烷、立方烷(珠立方),以及金二十的正四面體結構。


搭建珠串張力分子模型的基本步驟為「交叉連結」。如下圖兩條四珠串所示,將這兩條四珠串沿中間的珠隙彼此交叉,然後放鬆,彈性繩內的預應力所產生的拉力,讓珠子緊蹦在一起,環繞在交叉位置的四個珠子,其球心位置以正四面體的排列方式。


立方烷是一種籠形碳氫化合物,分子式為C8H8,其碳原子位在正立方體的八個頂點, 每一個碳原子連接到相鄰的三個碳原子與指向外側的氫原子。立方烷的價球模型中的 灰球代表組成碳碳單鍵的電子對,而白球則是組成碳氫鍵的電子對。