Лего кирпич своими руками, состав смеси, характеристики

Похожий на деталь детского конструктора «Lego», этот строительный материал, получил схожее название – Лего кирпич.

Такое сходство с конструктором придают выступающие над основной поверхностью, технологические отверстия.

Технология изготовления не требует глину, что исключает необходимость обжига.

Состав Лего кирпича, в пропорциях

В состав смеси включают такие доступные ингредиенты, как, побочные продукты камнедробления – отсевы доломита, мрамора, щебенки, ракушечника, песок, цемент, вода.

Лего кирпич

На качество получаемого кирпича напрямую влияет размер частиц исходного сырья. Чем мельче, тем лучше качество.

Пропорции в составе смеси следующие:

• мелкофракционный компонент от 85 до 92%;
• цемент от 8 до 15%,
• пигмент для окраски;
• вода.

При подготовке смеси необходимо учитывать, что использование песка, а также отсева доломита и щебенки, хоть и допустимо, но нежелательно.

Так как это приведёт к тому, что конечное изделие будет иметь недостаточные характеристики по стабильности. Его нельзя будет использовать для несущих конструкций.

Расход сырья такой — для изготовления 500 кирпичей или одного куба, потребуется 220 кг связывающего вещества (цемент) и 1600 кг мелких фракций.

Состав первоначальной смеси варьируется, исходя из заданных параметров, таких как сфера применения, условия эксплуатации, а также, характеристики применяемых вибрационных прессов.

Изготавливается Лего кирпич прессовкой, под высоким давлением. Фактически, из смеси получается искусственный камень.

Он отлично подходит для облицовки зданий, выкладывания внутренних перегородок и несущих стен.

Технологический процесс

Сам технологический процесс можно описать так. После загрузки ингредиентов, в смесителе производится активное перемешивание, затем по транспортеру смесь направляется в бункер.

Через специальный дозатор стальная матрица заполняется, в матрице, под воздействием вибрации и давления, рабочая смесь равномерно распределяется. Высокое давление совместно с вибрацией придаются окончательную форму кирпичу Лего.

Пропарочной камерой существенно ускоряют процесс получения качественного изделия. Паром с температурой +70 градусов кирпич обрабатывается не менее 7-8 часов.

Если камера не включена в технологический процесс, то кирпич вылеживается на стеллажах 20-25 суток, весь срок температура в этом месте поддерживается на уровне не ниже +15 градусов.

Обладает следующими основными характеристиками:

• прочностью 300 кг на кв. см,
• плотностью 1550 кг на куб. м,
• морозостойкостью до 150 циклов,
• не превышающим 6% уровень поглощения влаги.

Преимущества Лего кирпича

Кирпич Лего имеет и ряд преимуществ перед другими разновидностями кирпичей.

Имеющиеся установочные пазы существенно ускоряют и укрепляют кладку, её прочность в 1,7 раз выше, чем кладка стандартного кирпича.

Технологические отверстия используются, например, для электропроводки или других коммуникаций.

Исключение из процесса изготовления обжига, существенно снижает себестоимость. Выигрывая в цене, он ещё и представляет широкий ассортимент по палитре цветовых оттенков и фактуре.

Это практически идеальный вариант для строительства туалетов, душевых кабинок, беседок и всевозможных ограждений.

Лего кирпич, кладка

Выигрышной выглядит и возможность его использования непрофессионалами. Фактически уровень используется только при выкладке первого слоя.

Дальше, имеющиеся пазы становления и шипы, существенно увеличат скорость процесса. При этом, не требуется приготовление специального раствора, при кладке применяется специальный клей, который можно нанести обычной кистью.

Клей дополнительно снижает расходы, ведь для сборки 1 куба потребуется всего 25 кг плиточного клея (для наружных работ). Получаемая стена не просто эстетична, но и не нуждается в дополнительном оштукатуривании.

Для повышения сейсмостойкости
конструкции применяют кладку кирпичей с перевязкой из тонкой проволоки по
каждому слою, а также вставкой арматуры и заливку бетонной смеси в отверстия
кирпичей.

Здания, построенные из Лего,
отличаются: экономичностью, пониженной теплопроводностью, высокой
износоустойчивостью и морозоустойчивостью, повышенным противодействием влаге,
низкой нагрузкой на фундамент.

Мини производство кирпича Лего

Для организации самостоятельного изготовления кирпича Лего, подойдет любое помещение небольшой площади, с высотой потолка не менее 3,5 метров.

Потребуется хорошая вентиляция, подведение водопровода, канализации и подключение к электросетям 380 В. Для обеспечения качества недопустимы резкие колебания температуры. Она поддерживается в помещении на уровне выше 5 градусов.

Для организации производства потребуется приобретение бункера, дозатора, дробилки, вибросита, смесителя, гиперпресса, матрицы и камеры для пропарки.

Большую часть указанного оборудования содержит мини установка. В ней нет только пропарочной камеры, без которой в принципе можно и обойтись.

При подборе оборудования необходимо
учитывать следующее. На качество кирпича Лего сильно влияет рабочее давление
пресса, оно должно быть не менее 130 кг/кв.см. Пресс должен обеспечивать
давление от 30 тонн.

При выборе матрицы толщина стенок и
прочность играют особую роль. Есть толщина металла меньше 20 мм, то несколько
дней работы, и абразивный процесс полностью уничтожит матрицу.

Очень важно,
чтобы пресс был оборудован датчиками, контролирующими толщину кирпича и глубину
засыпки сырья. Определить визуально разницу в высоте кирпичей проблематично.

Безусловно, организация самостоятельного производства Лего потребует от предпринимателя решения ряда сложных задач, получение качественного изделия невозможно без отработанной технологии и высокого качества исходного сырья.

Тем не менее создать приносящий прибыль мини-цех, реально. Покупка необходимого оборудования потребует инвестиций, которые будут очень скоро окуплены.

Рекомендуем прочитать:

кирпич — станок для производства, форма оборудования и состав смеси

Лего-кирпич — инновационный строительный материал, обладающий специфической формой. Именно она является его основным достоинством и позволяет выполнять быструю кладку. Благодаря свойствам этот строительный материал быстро набирает популярность.

Лего кирпич является усовершенствованной версией обычного кирпича. Он используется для быстрого возведения различных построек.

Характеристики лего-кирпича

Лего-кирпич представляет собой усовершенствованный строительный камень, с помощью которого можно быстро и качественно возводить самые разные объекты. Благодаря наличию пустот и выемок строить из него легко и просто.

Кладка стены происходит по типу сборки конструктора, поэтому с этой задачей сможет справиться любой хозяин. Это позволит существенно сэкономить на услугах профессиональных строителей. Освоить процесс кладки можно, самостоятельно выстроив забор из лего.

Характеристики лего-кирпича:

Размеры лего кирпича.

• длина 25 см;
• ширина 12,5 см;
• высота 4,5-8 см;
• вес зависит от типа используемой смеси и колеблется в пределах 3-4 кг;
• прочность 100-200 кг/см²;
• морозоустойчивость не менее 200 циклов замерзания-оттаивания;
• плотность 1550 кг/м³;
• марка прочности М100-М200.

Эти строительные изделия подходят для возведения несущих стен и перегородок, по прочности кладки превосходят керамические аналоги. Дом из лего-кирпича отличается высокими показателями сейсмоустойчивости.

Единственный условный недостаток этого материала в том, что он пока не прошел проверку временем. Однако его состав и способ изготовления позволяют утверждать, что он ее достойно выдержит.

Организация производства лего-кирпича

Для того чтобы начать производство лего-кирпича, потребуется специальное оборудование. Рынок предлагает несколько видов малогабаритных станков, позволяющих начать свой бизнес.

Этот вид деятельности не потребует солидных первоначальных вложений на аренду помещений и закупку оборудования. Производство керамического кирпича можно организовать в гараже или на даче.

Производители предлагают следующие модели станков для изготовления кирпича:

Схема станка УГП 410.

1. УГП 410 «Lego 4». Это оборудование позволяет изготавливать лего-кирпичи методом прессования. Станок малогабаритный. Его размеры (ДхШхВ): 100х60х160 см. Поэтому для работы не потребуется больших помещений. Время изготовления 1 кирпича — 20 секунд. За один производственный цикл можно сделать одно изделие. С обслуживанием станка справятся 1-2 человека.
2. УГП 525 «Lego 5 Auto». Станки линии Auto оснащены комплексом контрольной аппаратуры: счетчиком количества циклов, датчиком работы пресса, датчиком контроля смеси в бункере, датчиками температуры и давления. Этот станок для производства кирпича работает по принципу вибропрессования. Размеры оборудования (ДхШхВ): 110х90х190 см. Несмотря на незатейливость этого станка, он способен выпускать изделия, качество и форма которых соответствуют всем требованиям.
3. Лего 120. Этот ручной станок самый недорогой, так как не относится к категории автоматизированного оборудования. Выпуск строительных камней на нем осуществляется механическим способом с помощью рычажного привода. Этот станок для кирпича лего весит 90 кг, габариты — 160х50х110 см. Производительность — 120 шт. в час. Для обслуживания нужны 1-3 человека.

Помимо станка необходимо вспомогательное оборудование: вибросито и ленточный конвейер. Они помогут существенно снизить необходимость ручного труда, облегчить и ускорить процесс изготовления и складирования выпускаемой продукции.

Однако это оборудование для производства кирпича желательно иметь, но не обязательно. Если рассматривать производство кирпича как бизнес, то процесс автоматизации крайне важен. Но на первых порах можно обойтись покупкой одного станка.

Полуавтоматический пресс для производства лего-кирпича.

Если решено начать высокоприбыльный бизнес, рекомендуется приобрести такой комплекс, как линия по производству кирпича. Это настоящий мини-завод, оснащенный всей необходимой аппаратурой для автоматизации и контроля. Так, производственная линия «Стандарт» компании ZiegelMasch позволяет выпускать до 3,5 тыс. изделий за смену.

Такое оборудование для производства кирпича стоит довольно дорого, но и окупается быстро: спрос на эти строительные материалы растет с каждым днем.

В комплектацию входит пресс мощностью 60 т, позволяющий выпускать изделия высокого качества. Поэтому с сертификацией продукции проблем не возникнет.

Состав смесей для лего-кирпича

Технические характеристики любого строительного камня на 80-90% зависят от вида и качества смеси, из которой он изготовлен.

Каким бы хорошим ни был станок для производства лего-кирпича, он не сможет полностью обеспечить изделию необходимые прочность и долговечность. Эти показатели напрямую зависят от комплекса материалов, которые будут заложены в бункер. Пресс лишь сформует из них изделие требуемых габаритов.

Состав смеси для изготовления лего-кирпича включает:

1. Портландцемент марки не ниже М400.
2. Песок.
3. Воду.
4. Заполнитель.

Материалы для производства лего-кирпича.

Выбор последнего весьма широк. Можно использовать тот материал, который проще всего достать. Можно закладывать следующие:

• отсев мрамора;
• известняк;
• известковый отсев или крупку;
• ракушечник;
• щебень;
• гравий.

Рассмотрим смеси для лего-кирпича.

Вариант №1:

• цемент М500 9%;
• отсев известняка мелкой фракции (0-5 мм) 85%;
• известняковая крупка 30%;
• пигменты 10%;
• зола 30%.

Вариант №2:

• цемент М400 315 кг;
• щебень мелкой или средней фракции 690 кг;
• песок 825 кг;
• вода 92 л.

Вариант №3:

Характеристики лего-кирпича.

• глина 80-90% от общего объема состава;
• цемент 10-20%;
• вода.

Вариант №4:

• песок 35%;
• глина 55%;
• цемент 10%;
• вода.

Научиться готовить качественную смесь непросто. Большинство производителей идет путем проб и ошибок, так как многое зависит от качества цемента и вида наполнителя. Более опытные предприниматели делятся своими наработками, которые помогают новичкам быстрее освоить производство. Рекомендации следующие:

• станки с прессом давлением менее 30 т не могут обеспечить качественные внешний вид и форму кирпича, в основе которого большое количество шамотной глины;
• изделия максимально возможной прочности получаются из смесей, в состав которых входит щебень;
• для обеспечения изделию высокой морозостойкости и влагостойкости в смеси должно быть как можно меньше глины.

Что еще требуется для производства лего-кирпича?

Важный элемент оборудования — матрица. Она представляет собой металлическую оснастку, которая является сердцем пресса. Именно она обеспечивает изделию нужную форму и прямым образом влияет на характеристики продукции. Матрица для лего может быть приобретена вместе со станком или куплена отдельно. Без матрицы технология производства лего-кирпича не может быть соблюдена.

Матрицы изготавливают в соответствии с требованиями стандартов. Для одинарных кирпичей размеры оснастки составляют 250х120х65 мм, для полуторных — 250х120х88 мм, для двойных — 250х120х140 мм. В любой из этих матриц предусмотрены отверстия и выступы, являющиеся особенностью лего-кирпичей.

Несмотря на кажущуюся сложность изготовления этих изделий, наладить их производство кирпича довольно просто. Для обслуживания станков не требуется большого коллектива рабочих. Себестоимость продукции весьма низкая, что позволяет получать высокую прибыль.

Вопросы ответы — не очевидные нюансы производства

Мы продолжаем рассказывать Вам о производстве гиперпрессованного кирпича и производить станки линии для изготовления кирпича.

В прошлом письме я рассказал Вам о том, какое оборудование входит в состав линии по производству кирпича.

Сегодня тема – вопросы и ответы – Вы спрашиваете – мы отвечаем! За время работы у нас накопились дельные вопросы и квалифицированные ответы.

1. Смеси. Рецепты.

 Вопросов много было про рецепты и составы смеси. Уточняем информацию для Вас. При продаже и комплектации линии или продаже станка – всегда консультируем по сырью и составу смеси, можем произвести и пробные образцы в Вашем присутствии.

А) Нет универсального рецепта – который подойдет всем.

Сильное преимущество производства гиперпрессованного кирпича – его «подстраиваемость» под уже имеющееся в вашем регионе недорогое сырье.

Недорогое сырье – низкая цена производства – больше выгоды при продаже. Зачастую используют то сырье, которое «никому не нужно» – и отсюда купить его можно совсем недорого. Технология гиперпрессования позволяет получить из ничего – качественный и прочный строительный материал. Не нужно привозить «за три моря» специальный инертный заполнитель – нужно использовать то, что есть у вас рядом!

Мы рекомендуем состав на который следует опираться при расчете экономических показателей:

• Заполнитель – 75-
• Цемент – 7-18 %
• Вода – 7-13%

Заполнители ( известковый отсев, тырса, песок, мелкий щебень и т.д.) занимают до 80-85% объема смеси и образуют его жесткий скелет, препятствующий усадке.

Разные заполнители имеют разные свойства – отсюда вы можете получать кирпичи с разными свойствами, например: плотные и прочные или легкие с высокими теплоизоляционными свойствами. Вот вам еще одна идея для получения самого разнообразного ассортимента выпускаемой продукции.

Б) Хитрости о воде!

 Для приготовления смеси используют питьевую или природную воду, не содержащую вредных примесей, препятствующих нормальному схватыванию и твердению бетона. Обратите внимание – вода должна быть чистой! Загрязненная вода может привести к образованию пятен на поверхности готового изделия.

Какие примеси нужно отслеживать – сульфаты, минеральные и органические кислоты, жиры, сахар т.д. Использовать промышленные, сточные, солончаковые и болотные воды нельзя. Если у Вас есть подозрения на счет качества воды – можно уточнить у арендодателя или собственника Вашего помещения данные о водоснабжении помещения или провести лабораторный химический анализ. Также можно порекомендовать вести сравнительное испытание образцов на прочность.

В) Вода – важна температура

Смесь для гиперпрессования содержит воду – которая обеспечивает и растворение и правильную «работу» всех компонентов смеси. Температура воды очень важна! Общие рекомендации – температура не должна быть ниже +15°С, поскольку снижение температуры ведет к увеличению времени схватывания.

Г) Химические добавки. Катализаторы для ваших смесей!

Могут применяться для снижения расхода цемента в смеси, увеличения или уменьшения скорости его схватывания, сокращения продолжительности обработки изделий, придания изделию способности набирать прочность в зимнее время, повышения его прочности и морозостойкости.

Т.е. добавки помогут вам скомпенсировать % компонентов смеси, добавить иные нужные качества для кирпича. Подбираются индивидуально, в зависимости от вашего исходного заполнителя и требуемых качеств получаемого кирпича. Опять же добавки помогут вам разнообразить выпускаемый вами ассортимент кирпича.

Мы настоятельно рекомендуем изначально подобрать технологию без добавок, и только затем поэтапно пробовать новые комбинации.

Еще раз акцентирую – мы знаем производство кирпича и всегда помогаем нашим клиентам. Мы даем индивидуальные рекомендации по добавкам, изготавливаем пробные партии кирпичей для проверки имеющихся у наших клиентов типов сырья.

2. Сколько этажей можно построить из «лего» кирпича?

Прочность гипепрессованного кирпича до марки прочности М300 позволяет успешно использовать его в строительстве многоэтажных домов.

3. Водопоглощение – что дает крипичу?

Плюс кирпича – низкое водопоглощение. Оно составляет всего 5-6 процентов, что делает данный материал стойким и соответственно пригодным для использования в регионах с влажным климатом. Низкое поглощение воды делает кирпич и долговечным – т.к он не поддается разрушению при перепадах температуры и образовании льда. Материал может выдерживать две сотни циклов заморозки и оттаивания.

4. А какие нюансы по строительству из гиперпрессованного кирпича?

• После кладки стена может эксплуатироваться без дальнейшей внешней отделки дома.
• Скорость кладки данного строительного блока в несколько раз выше, чем у обычного кирпича – высокая точность размеров кирпича.
• Кладка ведется на клеевой раствор – примерно на 500 кирпичей нужно около 25 кг клея.
• Может использоваться для заборных столбов!
• Станки для изготовления данных строительных материалов весьма компактны, поэтому изготовить данный вид кирпича можно непосредственно на месте проведения работ.

5. Интересные свойства отверстий кирпича.

 Наличие отверстий в кирпиче позволяет их использовать эффективнее, чем обычный кирпич! Например:

• Полости внутри материала позволяют осуществлять простую прокладку проводки.
• Обустройства заборных столбов и можно обойтись даже без клея. Все, что нужно – выложить 5-6 рядов, и в образовавшееся в центре пространство залить бетон, предварительно вставив туда прочную арматуру. Процесс чем-то напоминает создание каменного забора, но без опалубки и происходящий куда быстрее.
• Отверстия могут использоваться для армирования.
• Отверстия снижают теплопроводность за счет наличия воздушных карманов. Поэтому при одинаковой толщине кладки, стена из лего кирпича будет теплее.
• Использовать в качестве несъемной опалубки при монолитном строительстве. Для этого необходимо уложить два слоя кладки на расстоянии друг от друга. В это расстояние помещается металлическая арматура, после чего происходит заливка бетонной смеси. В итоге мы получаем стену с высокими прочностными и визуальными характеристиками.

6. Ассортимент

 Большое разнообразие пресс-форм позволяет выпускать продукцию разных видов. Именно разнообразие форм и возможность с помощью одного пресса предложить клиентам большой ассортимент изделий по видам и расцветкам, и привлекает клиентов строить именно из вашего кирпича.

Замена пресс форм происходит за 20 минут, т.е. вы в любой момент оперативно сможете начать изготавливать следующий заказ. С помощью дополнительного оборудования – пресс-колун, система для состаривания, вы сможете предложить кирпич которого нет в продаже у других кирпичных заводов.

Следующий этап строительства у большинства – благоустройство. Здесь вы сможете предложить брусчатку, которую так же можно производить на нашем оборудовании.

С помощью автоматической системы для мраморного окрашивания вы определенно займете свою нишу в кирпичном бизнесе своего региона. «Мраморный» кирпич интересен не только при строительстве, но и весьма востребован во внутренней отделки коммерческих и жилых помещений.

7. Сколько места занимает линия производства – какая нужна площадь помещения

 Мини Линия в длину 3.8 м. – т.е достаточно даже гаража или небольшого помещения.

Линии Старт, Стандарт – сама линия разместится на 50-60 кв.м + склад готовой продукции , рекомендуем подобрать помещение 150-200 кв м

Линия Макси – линия 70-80 кв.м. + склад – нужно помещение от 200 кв.м.

8. Сертификаты нужно или нет?

Лего-кирпич изготавливается в нашей стране с 2014 года. При его изготовлении производители ориентируются на требования ГОСТ 6133-99 «Камни бетонные стеновые» или индивидуальные ТУ.

Чтобы составить достойную конкуренцию производителям традиционных стеновых стройматериалов, мы рекомендуем вам пройти процедуру сертификации и получить документы о соответствии требованиям. С нашей стороны – помогаем и консультируем по вопросам подготовки документов для сертификации.

9. Экскурсии на производство – можно ли приехать посмотреть?

На Заводе Профтехмаш действует цех по производству кирпича для собственных нужд, а также для тестирования оборудования перед отгрузкой. В этом цехе, который расположен в городе Новосибирск, Вы всегда можете увидеть в действии оборудование. Для того, чтобы увидеть оборудование в работе, Вам необходимо согласовать с нашими менеджерами день и время прибытия в город.

Также в этом цехе Вы сможете ознакомиться с технологией производства, а также попробовать изготовить кирпич из Ваших компонентов. Изготовление кирпича из Ваших компонентов и прочее согласовываются с нашими менеджерами заранее.

Лего кирпич: характеристики материала и варианты использования

Внешне этот кирпич очень похож на детский конструктор

Наряду с керамическим и силикатным, гиперпрессованный кирпич уже стал привычным явлением на рынке строительных материалов. А вот его родной брат лего-кирпич – это новинка, стремительно завоевывающая популярность.

Она объясняется доступной ценой и его особыми характеристиками, о которых и пойдет речь в этой статье.

Особенности материала

Изготавливаются кирпичи методом прессования и пропаривания. Благодаря специальной конструкции пресс-форм, лего кирпичи получают сквозные отверстия и пазы для сцепления друг с другом.

Из чего производится

Сырьем для производства таких кирпичей могут служить даже измельченные строительные отходы: старый кирпич, бетон, глина. Но для получения качественного материала используют отходы дробления щебня и известняковых пород камня – так называемый отсев.

Также в состав лего кирпича могут входить песок, вулканическая пыль, пластифицирующие добавки и пигменты. В качестве связующего вещества добавляют цемент высокой марки.

Обратите внимание! Компоненты и их пропорции у разных производителей могут отличаться, поэтому и характеристики материала будут разными. При покупке необходимо изучить документы о составе и испытаниях материала на соответствие основным параметрам.

Для примера приведу состав смеси, используемой для изготовления стандартных лего кирпичей:

Технические характеристики

Сухие цифры человеку, несведущему в строительных материалах, ничего не скажут. Поэтому давайте сравним гиперпрессованный кирпич лего с более известным и привычным керамическим кирпичом. Его прочность и долговечность на бытовом уровне известна всем.

Как видите, характеристики вполне сопоставимы. Но наш кирпич легче и меньше впитывает воду.

Теплопроводность у гиперпрессованных изделий выше, а это значит, что они хуже удерживают тепло. Но наличие отверстий, в которых после возведения постройки запечатывается воздух, снижает этот показатель до 0,4-0,56 Вт/(м·К). Что сравнимо с аналогичными характеристиками пустотелого керамического кирпича.

Что касается размеров, то габариты у лего-изделий стандартные:

Размеры кирпича лего

Но при желании можно найти и большие кирпичи лего либо заказать их изготовление.

Достоинства и преимущества перед аналогичными материалами

К главным преимуществам этого кирпича перед подобными, являются его конструктивные особенности. Недаром он получил такое название, однозначно ассоциирующееся с популярным детским конструктором.

Принцип сборки у лего кирпича и конструктора один и тот же

Итак, какие же преимущества дает эта конструкция:

• Простота сборки за счет наличия пазов и идеальной геометрии каждого изделия. Кирпичи формуются прессом в матрицах, поэтому все они совершенно идентичны. Сложить стену или перегородку легко своими руками, экономя на найме каменщика.

Выравнивать кладку не придется – за счет пазогребневого соединения детали ложатся ровно

• Отверстия в кирпиче можно использовать как для прокладки труб, проводов и прочих коммуникаций, так и для придания жесткости конструкции. В них заливается бетон, который, застывая, связывает все ряды.

На фото показан пример использования отверстий

• Для кладки не нужен цементный раствор – она ведется при помощи клея. Он наносится строительным пистолетом, как показано на следующем фото. В результате не требуется расшивка швов, что экономит время и затраты на большое количество раствора. А общий вид кладки выигрывает за счет ровных швов и наличия скошенной фаски на каждом изделии.

Нанесение клея

Обратите внимание. Таким способом собираются легкие постройки в кирпич или полкирпича. Строительство дома ведется по другой технологии, о которой чуть ниже.

Перейдем к внешним достоинствам. Они тоже очевидны. Кроме того, что все кирпичи, как детали качественного конструктора, имеют одинаковую форму и размер, они выгодно отличаются от своих собратьев разнообразием расцветок.

Всего на рынке около 70 разных оттенков лего-кирпича

Радует и многообразие фактур: от гладких и глянцевых, до имитирующих природный камень – или, так называемый, рваный кирпич.

Фактура лицевой грани может быть разной

К эксплуатационным достоинствам относятся:

• Устойчивость к температурным колебаниям и морозам.
• Высокая прочность – изделия выдерживают давление в 300 кг на 1 см2.

Картинка демонстрирует прочность конструкции из легко кирпичей

• Малое водопоглощение, что делает материал устойчивым к атмосферным воздействиям.
• Долговечность – изделия не трескаются и не теряют внешний вид. Хотя о сроках их эксплуатации без потери начальных характеристик говорить ещё рановато – прошло не так много времени с момента начала использования кирпича лего в строительстве.
• Надежность кладки. Благодаря наличию соединительных пазов, она выше, чем у обычного кирпича.

Наконец, стоит упомянуть и об экономичности этого материала. Себестоимость самого кирпича невысока, так как для его изготовления используются недорогие отходы камнепереработки и не требуется обжиг.

Для справки. На производство одного кубометра или 500 штук лего кирпичей уходит около 1,6 тонн отсева и 220 кг цемента.

Если не учитывать транспортные и прочие сопутствующие расходы, себестоимость одного изделия составляет 3-3,2 рубля. В итоге и рыночная цена получается весьма конкурентоспособной. Расходы на кладку тоже снижаются за счет небольших трат на связующие материалы.

Одного мешка клея 25 кг хватает для укладки 500 кирпичей

Сэкономить можно и на строительстве, так как качественную кладку реально выполнить своими силами. Наконец, ещё один несомненный плюс – это возможность изготовить кирпич лего своими руками.

Оборудование для его производства есть разное от ручных станков до полностью автоматизированных линий. Эта ниша пока относительно свободна, поэтому для желающих начать свое дело это отличный вариант.

Станок для изготовления лего кирпича

Область применения и технология строительства из лего-кирпича

Благодаря прочности, эстетичному виду и особой конструкции, область применения этого строительного материала очень широка. Из него можно возводить как легкие постройки и перегородки, так и несущие стены капитальных зданий. А также использовать в качестве облицовочного материала.

Примеры вы можете увидеть ниже:

Производители утверждают, что такие легкие постройки, как летний душ или туалет, вообще можно возводить без клея. Достаточно уложить на цементный раствор первый ряд и идеально его выровнять. Дальше кладка сама по себе пойдет ровно и будет устойчивой благодаря механическому сцеплению элементов между собой.

Судя по видео, это похоже на правду: приложение довольно серьезных усилий не сдвигает строение ни на миллиметр. Но я бы не рисковала, тем более, что расход клея совсем невелик.

Технология строительства дома совсем иная. Здесь действуют следующие правила:

• Несущие стены выкладываются в два или три ряда с промежутками между ними. Они заполняются теплоизоляционным материалом – керамзитом или каменной ватой. Устройство таких прослоек позволяет экономить кирпич и повышать термоизоляцию стен.

Дом из лего кирпича требует дополнительного утепления

• В технологические отверстия через одно или два в процессе кладки вставляется арматура – стальные стержни. Они заливаются цементным раствором.
• Через каждые несколько рядов по периметру укладывается армопояс из таких же стержней и тоже заливается бетоном.

Устройство армирующего пояса

Совет. Заливку раствора в отверстия желательно делать через каждые 6 рядов, не реже, иначе геометрия кладки может нарушиться.

• В следующих рядах кирпичи нанизываются на вертикально стоящую арматуру.

Так как при соблюдении технологии внутренние стены получаются ровными, их не придется штукатурить. Достаточно заделать швы и нанести финишную шпаклевку. Наружные стены в дополнительной отделке не нуждаются.

Заключение

Лего кирпичи – уникальный материал. Он позволит заняться строительством даже людям, далеким от этой сферы. Достаточно лишь вспомнить свои детские увлечения и изучить некоторые особенности самого материала и его применения.

В этом вам поможет видео в этой статье, рассказывающее об основных нюансах его производства и использования в строительстве.

Состав гиперпрессованного кирпича / Статьи

8 апреля 2013 г.

Технология производства гиперпрессованного кирпича коренным образом отличается от таких способов получения искусственного камня, как обжиг, автоклавная обработка, вибропрессование и литье. Для выпуска продукции, используют метод холодной сварки (когезии). Подвергаясь мощнейшему давлению, более, чем в 20 мПа, исходное сырье изменяет молекулярную структуру, превращаясь в монолитный камень, по прочности и плотности идентичный натуральному.

Процесс гиперпрессования позволяет избежать выгорания органических элементов, благодаря чему конечный материал не имеет в своей структуре ячеек воздуха. Данная особенность наделяет кирпич способностью противостоять воздействию воды, что и является одним из многочисленных преимуществ этого вида искусственного камня перед всеми другими аналогами.

В состав гиперпрессованного кирпича входят, в первую очередь отсевы известняка, мрамора, ракушечника, мегеля, доломита, образующиеся при разработке каменных карьеров. Фракции, полученные дроблением щебня или других природных минералов, являются заполнителем, составляя до 92% общего объема прессмассы. Помимо известняковых пород, добываемых в карьерах, для производства гиперпрессованного кирпича могут использоваться отходы промышленных предприятий, например, доменные шлаки, твердые продукты сгорания каменного угля на теплоэлектростанциях, а также, бетонный и керамический бой.

Из этого легко заключить, что производство гиперпрессованного кирпича представляет собой экономически выгодный процесс, позволяющий одновременно избавляться от отходов, загрязняющих окружающую среду.

Вторым по важности ингредиентом состава гиперпрессованного кирпича выступает портландцемент высокой марки. Цемент играет роль вяжущего компонента, и занимает 7-15% прессмассы. Большое значение имеет и качество воды, входящей в состав смеси в объеме 8-15% в качестве агента химической реакции. Вода должна быть чистой питьевой, что необходимо для создания качественного материала. Помимо прочего, в состав гиперпрессованного кирпича входит около 1 % красящего пигмента, благодаря которому получают продукцию разных цветов и оттенков.

Дозирование всех элементов смеси происходит в автоматизированном режиме с высокой степенью точности, контролируясь весовым терминалом. После дозирования, компоненты поступают в дробилку, где происходит их тщательное измельчение и смешивание. Сюда же через дозировочный насос подается нужное количество воды. Так образуется прессмасса, которая по транспортеру, поступает в бункер пресса, где происходит формирование изделий.

Готовая продукция, вышедшая из-под пресса, аккуратно укладывается на поддоны и помещается на 8-10 часов в специальные камеры для пропаривания, в ходе чего набирает до 70% марочной прочности. Без использования пропарочных камер, изделия выдерживаются в складском помещении при комнатной температуре в течение 3-5 суток, а затем реализуются и транспортируются на строительный объект. Остаточную прочность изделия обретают в кладке.

Станок для производства кирпича

Кирпич Лего – это новинка в строительстве. Своё название он получил из-за сходства с детским конструктором. Это удобное и экономное решение, для изготовления которого не нужен обжиг. Его создание происходит при помощи сильного пресса, поэтому легко можно обойтись без дополнительных навыков.   Высокая производительность при низкой себестоимости способствует распространению этого бизнеса.

Состав смеси и технология приготовления на нашем оборудовании:

•                1. Песок карьерный фракция 0…4 мм, просеян 3 раза для отделения влаги и получения более мягкой структуры  в рассыпчатом виде, количество 7,2 кг. (масса определена на весах с погрешностью 100 г.)
•                2. Портландцемент 500 Д0 в емкость в количестве 1,8 кг (масса определена на весах с погрешностью 100г.)
•                3. Тщательное перемешивание песка и цемента.
•                4. Проверка влажности получившейся смеси — сжать в руке смесь, должен получиться нерассыпающийся комок, без прилипания к руке. При рассыпании комка, необходимо постепенно добавлять воду и тщательно перемешивать, до получения необходимой влажности.
•                5. Прессование на 180 атм. (или 36 тонн)
•                6. Кирпич после прессования снимается с формы со всеми контурами.

      Процентное соотношение наполнителя и вяжущего в данном кирпиче, 80% и 20% соответственно.

В одном кубе 500 ед. кирпича, для изготовления нужно 1600 кг отсевов и 220 кг. цемента.

Размеры станка позволяют производить работы в гараже.

Все станки изготавливаются в Республике Беларусь, г. Могилёв.

Для создания технологической цепочки необходим:

•                    — Станок
•                    — Просеиватель
•                    — Смеситель (желательно принудительного типа).

• Нажмите, чтобы увеличить
  Нажмите, чтобы увеличить

• Нажмите, чтобы увеличить
  Нажмите, чтобы увеличить

• Нажмите, чтобы увеличить
  Нажмите, чтобы увеличить

• Нажмите, чтобы увеличить
  Нажмите, чтобы увеличить

• Нажмите, чтобы увеличить
  Нажмите, чтобы увеличить

• Нажмите, чтобы увеличить
  Нажмите, чтобы увеличить

• Нажмите, чтобы увеличить
  Нажмите, чтобы увеличить

•  

Технологические этапы производства:

•                    — Дозирование и просеивание сырья;
•                    — Измельчение и перемешивание сырья;
•                    — Прессование, формовка изделия;
•                    — Набор прочности изделия.

Технологические характеристики станка:

•                    — Загрузочный бункер 140-160 л
•                    — Средняя производительность 2500 шт/смену
•                    — Среднее время цикла формования 20 сек
•                    — 2 кирпича за цикл (возможен вариант на 1 кирпич)
•                    — Привод загрузочной каретки пневматический
•                    — Давление прессования 40 тонн (регулируемое)
•                    — Верхнее прессование
•                    — Регулируемая матрица
•                    — Напряжение 380 В, (можно сделать на 220 В)
•                    — Предусмотрена возможность смены форм на другие виды
•                    — Габариты ВхШхД 1900х750х1100 мм

Процесс производства кирпича на видео:

Запуск оборудования:

•                    — Площадка для установки должна быть ровной.
•                    — Извлечь станок из упаковки.
•                    — На корпус станка при помощи четырех болтов устанавливается бункер-накопитель. Предварительно завести под него дозатор. Болты находятся по краям площадки, по которой движется дозатор.
•                    — Совместить прорези бункера с болтами и затянуть.
•                    — Закрутить гайки и проверить ролик, поддерживающий площадку дозатора, который должен свободно перемещаться.

Окупаемость

При постоянной работе и хорошем сбыте станок окупается за 1 месяц. Оборудование рассчитано на работу не менее 600 000 циклов. Время одного цикла — 20 секунд.

Гарантия

Срок гарантии на станок 12 месяцев, на гидравлику 18.

Рассрочка

Возможна продажа оборудования в рассрочку.

Станок механический для производства лего кирпича в Кирове (Оборудование для производства кирпича)

Современный строительный материал, так называемый «Лего-кирпич», является простым и гениальным решением в строительстве. Это изделие по сравнению с обычным кирпичом имеет важное усовершенствование. На рубеже половины двадцатого века датский предприниматель Оле Кирк изобрел детские кубики-кирпичи новой формы — чтобы дополнительные детали помогали сами себя удерживать, а в случае со строительным кирпичом — помогали сами себя укладывать.

Кирпичи «Лего» имеют на верхней поверхности два выпуклых сферических отверстия, одновременно и нижняя поверхность изделия имеет в свою очередь два отверстиями с вогнутой сферой. Именно эта форма является характерной особенностью кирпича «Лего». Данная геометрия обеспечивает точную фиксацию кирпича при возведении стен. Стыковка рядов кирпичей производится с помощью клеевого раствора.

Геометрические размеры лего-кирпича:

длина — 250 мм; ширина — 125 мм; высота — 65-90 мм; масса — 3,5-4 кг (зависит от компонентов, входящих в состав изделия).

В одном кубе 500 шт. кирпича (одинарного, высотой 65 мм) или 357 шт (полуторного, высотой 90 мм), для изготовления требуется около 1600 кг отсевов и 220 кг цемента.

Состав смеси для производства лего-кирпича

Существует несколько основных отработанных составов смеси:

— Цементно-глиняная смесь. Используются: глина (85-90%), цемент (10-15%) и вода.

— Цементно-песчано-глиняная смесь. Песок (35%), глина (55%), цемент (10%) и вода.

Песок (50-60%), глина (30-40%), цемент (10%) и вода

— Составы на базе различных отсевов. Отсевы (90%), цемент (10%) и вода.

«ЛЕГО 120» (механическое прессование)

Габариты: 160 х 50 х 110 см

Вес: 90 кг

Объем бункера: 45 л

Производительность: 120 шт/час, 960 шт/смену (2,5 м3)

Количество рабочих: 1-3 человека.

Давление на изделие: 2 тонны

Габариты изделия: 250 х 125 х 90 мм — полуторный кирпич

или (по заявке) 250 х 125 х 65 мм — одинарный кирпич

Описание рабочего процесса

При ручном режиме используется механизм рычажного типа. Он создает необходимое усилие в прессовой подошве. При полуавтоматическом режиме формование происходит при помощи гидропресса. Во втором случае производительность оборудования в сравнении с механическим прессованием возрастает примерно в 1,5-2 раза.

Преподавание химии с кубиками LEGO®

Учителя разрабатывают уникальные учебные пособия, чтобы привлечь студентов к изучению химии. Идеальные учебные пособия — это инструменты, которые учащиеся могут с удовольствием использовать, повторно использовать и которые можно создать без использования специальных инструментов. Учебные пособия на основе LEGO ^® удовлетворяют всем этим требованиям. Учителя химии использовали кирпичи для иллюстрации основных химических понятий. Более того, с конца 1990-х годов Кэмпбелл и его коллеги активно писали о пособиях по химии на основе LEGO, и несколько групп до сих пор настойчиво сообщают о них.Основное внимание в этом обзоре уделяется применению кубиков LEGO в обучении химии. В этом обзоре описываются учебные пособия на основе LEGO, которые легко создать и которые могут быть полезны читателям с точки зрения создания новых учебных пособий. Поскольку кубики LEGO обладают разнообразием форм и цветов, с их помощью можно создавать различные учебные пособия, включая периодические таблицы, молекулярные модели, модели структуры полимеров и каркасы для измерительных приборов ручной работы. Модели полимерной структуры обычно трудно построить с помощью типичных молекулярных моделей шарообразного типа; однако их можно легко построить из кубиков LEGO.Кирпичи подходят для изготовления измерительных приборов ручной работы из-за их универсальности и компьютерного интерфейса, а также отсутствия необходимости в специальных инструментах.

Иллюстрации основных химических понятий с моделями LEGO

Для студентов 21 века, которые могут искать и смотреть что угодно в Википедии и YouTube, соответственно, уроки химии должны быть максимально расширены с использованием уникальных учебных пособий. Учителя химии регулярно разрабатывают учебные пособия, чтобы заинтересовать учащихся.Это увлекательная работа, хотя и сложная. Кубики LEGO и предыдущие отчеты, представленные здесь, могут помочь учителям разрабатывать новые учебные пособия.

Периодическая таблица элементов

Суть химии заключена в таблице Менделеева. Использование кубиков LEGO для создания забавной таблицы Менделеева значительно подстегнет интерес студентов к химии. Кунцлеман и его коллеги сообщили об очень приятной информационно-просветительской деятельности, в ходе которой ученики построили периодическую таблицу из 114 элементов, используя более 6000 деталей из кубиков LEGO (Kuntzleman et al., 2013). Символ каждого элемента был нанесен на квадратную пластину LEGO размером 16 гвоздей × 16 гвоздиков, которые были размечены цветом (красный для щелочных металлов и зеленый для галогенов). Поскольку кирпичи были угловатыми, было сложно нарисовать с их помощью символы круглых элементов, такие как «Будь». Однако они решили эту проблему, создав квадратную пластину 16 шипов × 16 шипов. Созданная LEGO таблица Менделеева послужила основой для многих тем, касающихся элементов. Согласно их отчету, автор сконструировал таблички с символами трех элементов, соответствующими инициалам аббревиатуры моего университета, Osaka Sangyo University (OSU) (рис. 1).Каждая пластина была значимой, следовательно, периодическая таблица из 114 из них, должно быть, была подавляющей.

Рисунок 1:

Таблички с символами трех элементов, O, S и U.

Три состояния материи

Широкий спектр химических тем, от старших классов средней школы (возрастная группа 14–18 лет) до первокурсников / Второкурсник (возрастная группа 18–20 лет) были объяснены с помощью моделей из кубиков LEGO. Три состояния материи можно проиллюстрировать простой комбинацией кубиков LEGO (Гейер, 2017), а именно нескольких круглых пластин 1 × 1 и пластины 6 × 10.На рисунках 2a – c показаны твердое, жидкое и газообразное состояния вещества соответственно. Круглые пластины представляют собой частицы, а также учитывают легкость удаления их с большой пластины. Модель LEGO проста и понятна, что делает ее отличным учебным пособием.

Рисунок 2:

Модели кирпичей, иллюстрирующие три состояния вещества: (а) твердое, (б) жидкое и (в) газообразное состояния.

Плотность

Плотность, тема, тесно связанная с химией, также знакомится с учащимися, использующими кубики LEGO (Kuntzleman, 2015).Модель включает 17% -ный рассол, 2-пропанол, минифигурку LEGO, четыре части желтого кирпича 1 × 2 и четыре модели LEGO, которые были построены из синих кирпичей 1 × 2 и синей пластины 1 × 2, помещенных в прозрачную бутылку, хорошо взболтать и дать отстояться. После этого мини-фигурка и четыре кусочка желтого кирпича 1 × 2 плавали в рассоле, в то время как четыре синих модели LEGO плавали в 2-пропаноле (рис. 3). Кусочки LEGO, которые были изготовлены из акрилонитрилбутадиенстирола (ABS), плавали в 17% -ном рассоле и погружались в 2-пропанол.Разница между деталями LEGO, которые плавали в рассоле, и моделями LEGO, которые плавали в 2-пропаноле, вызвана захватом воздуха моделями LEGO. Типичная пластиковая бутылка на 500 мл имеет маленькое отверстие (внутренний диаметр — около 22 мм) и не может вместить минифигурки LEGO с большим головным убором. Груз был прикреплен к ногам минифигурки так, чтобы ее голова была обращена вверх в воде. Однако учителя должны обращаться осторожно, потому что 2-пропанол — токсичное, легковоспламеняющееся соединение с запахом.

Рисунок 3:

Эксперимент с плотностью: (а) сразу после встряхивания, (б) после выдерживания в течение 10 мин и (в) после выдерживания в течение 20 мин.

Кулоновская сила

Кулоновская сила, одно из важнейших знаний в изучении химии, была визуализирована с помощью инструмента, который был собран из кубиков LEGO (Hendrix & Prilliman, 2018). Рама для крепления магнитов и измерительного прибора была построена из кирпичей. Из кирпичей можно было построить прочную раму, которая могла бы противостоять магнитному отталкиванию.Кроме того, кирпичи были немагнитными и, следовательно, были оптимальной рамой для измерения силы между магнитами.

Молекулярная масса

Хадсон, Кац и их коллеги сообщили о деятельности по обучению зеленой химии, в которой молекулярная масса молекулы H ₂ SO ₄ была проиллюстрирована путем сборки пластин LEGO (Hudson et al., 2016). Атомы водорода, кислорода и серы были представлены двумя белыми пластинами 1 × 1, четырьмя красными пластинами 4 × 4 и одной желтой пластиной 4 × 8 соответственно.Количество штифтов на каждой пластине соответствовало атомному весу, т. Е. H = 1, O = 16 и S = ​​32. Две белые пластины 1 × 1 были прикреплены к двум из четырех красных пластин 4 × 4, а четыре красных пластины 4 × 4 были уложены друг на друга на желтой пластине 4 × 8, чтобы представить молекулярную массу молекулы H ₂ SO ₄ (Рисунок 4). В исходной статье для иллюстрации атомов водорода использовались кирпичи 1 × 1, а не пластины 1 × 1, потому что студенты могут легко получить травмы, когда небольшая пластина, прикрепленная к другой, будет удалена.Учителя должны разрабатывать LEGO, исходя из потребностей обучения, но при этом учитывая безопасность.

Рисунок 4:

Модель кирпича для иллюстрации молекулярной массы H ₂ SO ₄ .

Порядок связи и правило октетов

Можно построить несколько простых молекулярных моделей, используя белый кирпич размером 1 × 2 в качестве атома водорода. Точно так же серый, синий и красный кирпич 2 × 4 можно использовать в качестве атомов углерода, азота и кислорода соответственно (рис. 5а) (Lin et al., 2018). Однако, когда учителя пытаются изобразить большие молекулы, соответствующие модели LEGO имеют тенденцию быть длинными (рис. 5b). Поэтому учителям важно сообщить ученикам, что молекулярные модели LEGO могут иметь формы, которые сильно отличаются от их реальных молекулярных структур. Поэтому предпочтительно использовать молекулярную модель LEGO в сочетании с иллюстрациями ChemDraw ^® и типичными молекулярными моделями. Кроме того, эти модели LEGO можно использовать для обучения порядку связывания и правилу октетов.В молекулярной модели воды (рис. 5а, слева) в красном кирпиче было восемь гвоздей, представляющих кислород, и четыре из них были заняты двумя кубиками, которые представляли атомы водорода. Эта модель показала, что атом кислорода молекулы воды связан с двумя атомами водорода двумя одинарными связями и обладает двумя нековалентными электронными парами. В молекулярной модели углекислого газа (рис. 5а, в центре) красный и серый кирпичи были сложены друг с другом через четыре стойки, что указывает на то, что кислород и углерод образуют двойную связь в двуокиси углерода.Аналогичным образом было построено несколько молекулярных моделей, о которых сообщили другие группы (Profbonomi, 2017).

Рис. 5:

Модели молекулярной структуры кирпича (а) воды, диоксида углерода и аммиака (слева направо) и (б) крупномолекулярного l-карнитина [(3R) -3-гидрокси-4- ( триметилазанил) бутаноат].

Валентности ионов и состав солей

Об активности на основе LEGO по изучению валентностей типичных ионов и составов простых солей сообщили Руддик и Паррилл (Ruddick & Parrill, 2012).В этом задании кубики LEGO, представляющие катионы и анионы, были выделены по цвету. Количество гвоздей в каждом кубике LEGO соответствовало валентности ионов. Следовательно, Ca ²⁺ , O ^2-, Al ³⁺ и P ^3- были представлены 1 × 2 желтыми, 1 × 2 синими, 1 × 3 желтыми и 1 × 3 синими кирпичами. соответственно (рис. 6а). Задание было интуитивно понятным и ожидаемо высокоэффективным. Автор также попытался построить модели кирпича, чтобы представить Al ₂ O ₃ , Ca ₃ P ₂ , AlP и CaO (рис. 6b).Для наглядности кирпичи были промаркированы символами элементов с помощью принтера этикеток. При наклеивании на кирпич стикеров следует учитывать те, которые легко отслаиваются. Одно из преимуществ кубиков LEGO — простота удаления их из модели и повторного использования в других моделях. Соответственно, желательно не маркировать, не красить, не резать и не сверлить кубики LEGO.

Рисунок 6:

Кирпичные модели (а) катионов и анионов и (б) солей.

Периодические свойства элементов и теория молекулярных орбиталей

Дабке и его коллеги сообщили о нескольких учебных пособиях на основе LEGO для иллюстрации периодических свойств и электронных конфигураций элементов и теории молекулярных орбиталей (Melaku, Schreck, Griffin, & Dabke, 2016).Кубики были разработаны как учебные пособия для слепых и слабовидящих студентов. Тем не менее, они были полезны для всех учащихся старших классов и студентов бакалавриата. Основываясь на своем отчете, автор построил модель LEGO, чтобы проиллюстрировать электроотрицательность элементов второго и третьего ряда (рис. 7). Из этой модели студенты могли легко заметить, что значения электроотрицательности элементов второго и третьего ряда сильно различаются. Значения электроотрицательности по Полингу равны 2.55 для C, 3,04 для N, 3,44 для O и 3,98 для F (Электроотрицательность, Википедия, нет данных). Эта модель представляет собой трехмерную таблицу Менделеева. Автор также построил модель LEGO, чтобы проиллюстрировать формирование молекулярных орбиталей путем объединения атомных орбиталей O ₂ (рис. 8). Модель LEGO содержала резинки для облегчения понимания энергетической диаграммы. Поскольку модель LEGO была небольшой, учителя должны были продемонстрировать движение кубиков на проекторе и раздать одни и те же модели всем ученикам.

Рисунок 7:

Модель кирпича, иллюстрирующая значения электроотрицательности элементов второго и третьего ряда.

Рисунок 8:

Кирпичные модели атомной (а) и молекулярной орбиталей (б) O ₂ .

Координационные связи и хелатный эффект

Кэмпбелл и его коллеги представили координационные связи и хелатные эффекты между ионами металлов и органическими лигандами, используя уникальную модель, сочетающую кубики LEGO с магнитами (Campbell, Freidinger, & Querns, 2001).Модели LEGO, представляющие ионы металлов и органические лиганды, были построены из кубиков LEGO разного цвета и прикреплены к разным ориентациям магнитов. На рисунке 9 показана модель LEGO, иллюстрирующая квадратную, линейную и Т-образную координационные геометрии, построенную в соответствии с отчетом Кэмпбелла. В модели квадратного строгального станка металлический центр (красные кирпичи) был окружен двумя монодентатными лигандами (желтые кирпичи) и хелатным лигандом (оранжевые кирпичи). Модель LEGO требовала двух частей, которые не были произведены в этой работе: цилиндрического магнита [73092] и плитки держателя магнита 2 × 2 [2609] (числа в скобках являются официальными каталожными номерами кубиков LEGO, применимыми к указанным ниже ).Взаимодействие между магнитами было недостаточно сильным, чтобы удерживать блоки вместе. Конечно, есть много способов загрузить магнит на кирпич LEGO; поэтому учителям не обязательно использовать именно эти части. Эта модель может быть использована для представления линейной и Т-образной координационной геометрии, хотя они не могут представлять тетраэдрическую и октаэдрическую геометрии. Построить тетраэдр из прямоугольных кубиков LEGO очень сложно.

Рисунок 9:

Кирпичные модели (а) плоской квадратной, (б) линейной и (в) Т-образной координационной геометрии.Черные части представляют собой цилиндрический магнит и плитку держателя магнита 2 × 2. Красные, желтые и оранжевые кубики обозначают ион металла и монодентатный и хелатный лиганды соответственно.

Самосборка

Самосборку в супрамолекулярной и координационной химии можно проиллюстрировать с помощью учебного пособия, демонстрирующего самопроизвольную сборку нескольких кубиков LEGO, плавающих вверх ногами в воде (Исследование наномира с кубиками LEGO ^® , 2008 г. ). Эта интересная идея пришла также к Кэмпбеллу и его коллегам (рис. 10).Учителя должны плавать кубики LEGO постепенно, чтобы они не утонули. Поскольку кубики LEGO можно собирать быстро, лучше всего позволить ученикам выполнять плавание.

Рисунок 10:

Кирпичи, иллюстрирующие самостоятельную сборку: (а) четыре и (б) семь сборок кирпичей.

Фотолитография

Фотолитография, одна из самых последних технологий, была проиллюстрирована простой сборкой кубиков LEGO (Гарви и др., 2008). Фотолитографический метод состоит из пяти процессов (рис.11): (а) нанесение фоторезиста (желтый кирпич) на вещество (красный), (б) маскирование фоторезиста фотошаблоном (синий) и его экспонирование светом. , (c) использование проявителя для удаления фоторезиста, (d) травление или осаждение на открытых участках подложки, и (e) смывание остаточного фоторезиста.Когда учителя намереваются схематично объяснить учащимся сложные химические реакции или процессы, для их иллюстрации лучше использовать компьютерное программное обеспечение, такое как Illustrator или PowerPoint. Однако, как правило, сложно нарисовать твердую фигуру, и иногда легче нарисовать и объяснить с помощью кубиков LEGO, чем с помощью программных приложений.

Рис. 11:

Кирпичные модели для иллюстрации фотолитографической техники. Буквы соответствуют буквам в тексте для обозначения различных процессов.

Атомно-силовая микроскопия (АСМ)

Сообщалось о двух действиях, которые использовались для внедрения механизма АСМ с использованием кирпичей LEGO. Один из них применялся к учащимся старших классов, а другой — к первокурсникам, второкурсникам и ученикам старших классов. В первом случае поверхность материала, сканированная с помощью АСМ, была выражена моделями LEGO (Goss, Brandt, & Lieberman, 2013). Наоборот, в последнем случае работа AFM была воспроизведена с помощью модели LEGO, которая управлялась и контролировалась компьютером (Olson et al., 1999). Одна из особенностей, которая делает кубики LEGO привлекательными, заключается в том, что их можно использовать по-разному, в зависимости от класса ученика (класса и способностей). Интересно, что даже с целью иллюстрации механизма одного и того же инструмента это учебное пособие может быть очень разнообразным.

Иллюстрации химических структур с моделями LEGO

Хотя кубики LEGO не подходят для иллюстрации структур дискретных молекул, как описано выше, они подходят для представления периодических структур, таких как кристаллические и полимерные структуры.Напротив, типичные молекулярные модели шарообразного типа хороши для описания форм дискретных молекул, хотя и не годятся для описания периодических структур. Иными словами, модели LEGO и шарик-палка дополняют друг друга. Использование абстрактных моделей LEGO может облегчить понимание учащимися взаимосвязей между структурами и свойствами материалов. Более того, объединение их в лекции углубит понимание студентами.

Полиэтилен

Сообщалось о разъяснительной деятельности с использованием кирпичей LEGO для внедрения синтеза и переработки пластмасс, в которой кирпич 2 × 4 использовался в качестве мономера этилена, а некоторые кирпичи были соединены, чтобы проиллюстрировать полиэтилен (рис. ) (Энталер, 2017).Модель полиэтилена может быть легко возвращена обратно к мономерам этилена. В этом отчете рекуперация энергии объясняется уникальным подходом, включающим сжигание кирпичей с помощью газовой горелки. Более того, должно быть, на студентов произвело впечатление горение кирпичей. Однако учителя должны быть осторожны, потому что при горении кирпичей LEGO образуется вредный газ.

Рисунок 12:

Модель кирпича из полиэтилена и соответствующая структурная формула.

Полидиметилсилоксан

Полидиметилсилоксан используется в качестве фармацевтической и пищевой добавки.Кэмпбелл и его сотрудники построили полидиметилсилоксановую модель, объединив простые кубики LEGO (Campbell, Miller, Bannon, & Obermaier, 2011). Попытка построить модель полидиметилсилоксана с помощью типичной молекулярной модели шарика и ручки потребовала бы нескольких наборов, и модель была бы хрупкой. Один из способов заинтересовать учеников — использовать созданную ими впечатляющую модель LEGO. Однако эта модель затрудняет понимание взаимосвязи между кубиками LEGO и соответствующими им атомами.Студенты будут блуждать между моделью LEGO и соответствующей иллюстрацией ChemDraw, чтобы понять свои отношения.

Полисахариды

При обучении студентов взаимосвязи между структурой и свойствами полимеров эффективно рассматривать, например, полисахариды, включая амилопектин, амилозу и целлюлозу (Horikoshi, 2017). Различия и сходства между амилопектином, амилозой и целлюлозой были проиллюстрированы с помощью моделей на основе LEGO.Амилопектин и амилоза образуют спиральные структуры (рис. 13), в то время как целлюлоза имеет зигзагообразную структуру (рис. 14). Различия объясняются различной структурой их мономеров: α, — d, -глюкоза и β, — d, -глюкоза, соответственно. В α — d -глюкоза, которая является мономером, составляющим амилопектин и амилозу, группа ОН на C1 присоединена вниз к шестичленному кольцу (Рисунок 15a), тогда как в β — d -глюкоза, т.е. мономер целлюлозы, группа ОН на C1 связана вверх с шестичленным кольцом (рис. 15b). В этой модели используется редкая пластина 1 × 2 с ручкой на конце [60478] и еще одна пластина 1 × 2 с зажимом на конце [63868]. Следовательно, увеличение длины полимерной цепи является дорогостоящим. При использовании такой большой модели LEGO учителя должны объяснять учащимся различие между основными и укрепляющими частями модели. Кроме того, при использовании этой модели необходимо соблюдать осторожность, чтобы не сломать ее.

Рис. 13:

Кирпичная модель амилозы и соответствующая структурная формула: (а) вид сверху и (б) вид сбоку.

Рисунок 14:

Кирпичная модель из целлюлозы и соответствующая структурная формула: (а) собранная конструкция и (б) отдельная цепочка.

Рисунок 15:

Модели кирпича и соответствующие структурные формулы (а) α -d-глюкозы и (b) β -d-глюкозы.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)

Существует множество примеров, в которых двойная спиральная структура ДНК была проиллюстрирована кубиками LEGO (например, Точная структура ДНК из Японии, n.д.). Поиск изображений в Google по запросу «LEGO, ДНК и модель» вернет несколько спиральных моделей. В качестве типичного примера известна модель спирали ДНК LEGO, построенная Эриком Харшбаргером (веб-сайт Эрика Харшбаргера LEGO ^® , н. Д.). Кроме того, кубики LEGO используются в качестве инструмента для объяснения схемы секвенирования ДНК, в которой четыре основания, A, G, C и T, составляющие ДНК, представлены цветными кубиками 1 × 1 (Macori, Romano, Decastelli , & Коттер, 2017).

Иллюстрации химических реакций с моделями LEGO

На самом деле существует несколько практических учебных пособий, которые могут эффективно объяснить химические реакции (Fieberg, 2012).Чтобы научить студентов химическим реакциям, учителя химии должны писать схемы реакций на досках или проектировать схемы реакций, нарисованные ChemDraw, на слайдах. Однако множество схем реакций на доске может отбить у студентов желание заниматься химией. Поэтому учителям химии следует периодически использовать уникальные учебные пособия. Кроме того, было сообщено о нескольких лекциях, объясняющих химические реакции с помощью учебных пособий на основе LEGO.

Уравновешивание химического уравнения и сохранение массы

Кубики LEGO также можно использовать для обучения методам, используемым для уравновешивания химических уравнений и расчета сохранения массы.Студенты могут изучать эти две темы во время просмотра видео на YouTube (Керр, 2020; Скарборо, 2016; The 8 Orange Community * ранее 8 Gold *, 2017). В отличие от общих молекулярных моделей, молекулярные модели кубиков LEGO могут легко удалять атомы из молекулы. Лекторы в видеороликах YouTube используют это преимущество, чтобы преподавать эти две темы в простой для понимания манере.

Химическое равновесие и кинетика

О мероприятии, в котором используется основанный на открытиях метод с кубиками LEGO для улучшения понимания учащимися химического равновесия, сообщили Хатчисон и его коллеги (Cloonan, Nichol, & Hutchinson, 2011).В этом упражнении использовалось 50 желтых кирпичей 2 × 2 и 50 зеленых кирпичей 2 × 2 в коробке. Желтые кирпичики представляли атомы A, а зеленые — атомы B. Связь между A и B представляла собой образование молекулы AB. Студенты участвовали в этом мероприятии в группах по четыре человека. Из четырех в каждой группе один собрал два кирпича, A и B, чтобы построить AB, другой разобрал AB на A и B, третий смешал кирпичи, а последний измерил время. Через некоторое время реакционная система из кубиков LEGO достигла равновесия.Благодаря этой работе студенты наблюдали и понимали состояние равновесия. О подобной активности сообщила другая группа (Xian & King, 2020).

Химическое равновесие и кинетика были описаны с использованием учебного пособия на основе кубиков LEGO, прозрачных коробок для компакт-дисков и бусинок. Это учебное пособие было разработано для демонстрации тем путем наблюдения за бусинками, пересекающими барьер, сделанный из кирпичей LEGO. Это учебное пособие было очень простым и являлось отличным инструментом для объяснения двух химических концепций (Campbell, Brewer, Martinez, & Fitzjarrald, 2017).

Гомогенные каталитические реакции

Неожиданно как старшекурсникам, так и аспирантам понравилось изучать каталитические циклы, используя учебные пособия на основе LEGO. Профессор Негиси объяснил универсальность катализируемых палладием реакций кросс-сочетания, используя выражение «игровой подход LEGO» в своей лекции по химии (Нобелевская лекция Эй-ичи Негиси, 2010). Автор и его сотрудники использовали модели LEGO для объяснения четырех гомогенных каталитических реакций, включая катализируемую палладием реакцию кросс-сочетания (рис. 16) (Horikoshi, 2015a), реакцию метатезиса олефинов, катализируемую комплексом рутений и карбен (рис. 17) ( Horikoshi, Kobayashi, & Kageyama, 2014), асимметричное гидрирование, катализируемое BINAP-комплексом рутения (рис. 18) (Horikoshi, 2015b), и катализируемая металлоценом полимеризация пропилена (рис. 19) (Horikoshi, Kobayashi, & Kageyama, 2013).Все модели показали, что активные частицы (катализатор) не изменились ни до, ни после каталитических реакций. Кроме того, использование кубиков LEGO для определения формы катализатора облегчило понимание его молекулярной конструкции. Некоторые кубики LEGO в этих моделях содержали магниты, которые притягивали другие кубики LEGO, содержащие магниты. Это магнитное соединение между кубиками LEGO было легко прикрепить и отсоединить, и оно использовалось для обозначения удаляемых связей, а именно координационных связей, окислительного добавления и восстановительного удаления.Механизмы и эффекты стерических препятствий гомогенного катализа сложно проиллюстрировать с помощью инструментов химического рисования и не могут быть легко представлены с помощью молекулярных моделей шарообразного типа. Типичная молекулярная модель шарика и палки не подходит для представления химических реакций, таких как восстановительное отщепление, потому что удалить составляющие шарики атомов сложно. На самом деле, поскольку сложно обучить деталям механизма реакции только на моделях LEGO, химический рисунок и типичные молекулярные модели были эффективно объединены.В этих моделях использовалось меньше обычных кирпичей, например поворотный стол 2 × 2 [3680c02] и пластина 2 × 2 с канавкой и 1 штифтом в центре [87580]. Таким образом, распространение этих кирпичных моделей среди всех студентов будет относительно дорогостоящим.

Рис. 16:

Модель кирпича и соответствующая структурная формула, иллюстрирующая каталитический цикл реакции кросс-сочетания, катализируемой палладием.

Рис. 17:

Модель кирпича и соответствующая структурная формула, иллюстрирующая реакцию полимеризации метатезиса олефинов, катализируемую рутением-карбеновым комплексом, с раскрытием цикла (ROMP).

Рис. 18:

Модель кирпича и соответствующая структурная формула, иллюстрирующая корреляцию между комплексом BINAP-рутений и впоследствии полученным β -гидроксиэфиром.

Рисунок 19:

Модель кирпича и соответствующая структурная формула, иллюстрирующая корреляции между структурой металлоценового катализатора и стереорегулярностью полипропилена.

Конструирование инструментов ручной работы из кубиков LEGO

Когда ученики сами конструируют измерительные инструменты своими руками, они, как правило, глубоко понимают механику инструмента и тщательно анализируют результаты (Albert, Tobt, & Davis, 2012).Кирпичи LEGO подходят в качестве материала для инструментов ручной работы, потому что есть множество деталей и специальных инструментов, которые не нужны для создания собранных каркасов.

Кубики LEGO изготовлены из АБС-пластика, и их можно повредить некоторыми органическими растворителями, такими как ацетон. При использовании кубиков LEGO в лаборатории необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать воздействия органических растворителей. Если поверхность кирпича загрязнилась, ее следует протереть тряпкой, смоченной водой или этиловым спиртом.

Спектрофотометр, колориметр, флуориметр и поляриметр

Несколько групп разработали практические занятия с инструментами ручной работы, используя кубики LEGO, чтобы помочь студентам понять фундаментальные концепции различных аналитических инструментов (Albert, Tobt, & Davis, 2012; Bouza , Насту, Панигыраки и Македонас, 2019). Квиттинген и его коллеги сообщили о конструкции следующих аналитических инструментов из комбинации кубиков LEGO и светодиодов для химического образования: видимого фотометра (Kvittingen, Kvittingen, Sjursnes, & Verley, 2016), колориметра (Asheim, Kvittingen, Kvittingen, & Verley, 2014) и фосфоресцентный анализатор (Kvittingen, Kvittingen, Melø, Sjursnes, & Verley, 2017).Ссылаясь на отчеты Квиттингена, автор построил три инструмента на основе LEGO (рис. 20). Каждый инструмент имел одинаковую базовую конструкцию, в которой большая пластина LEGO была оснащена блоками 2 × 2, 2/3 от вершины, для фиксации кварцевых ячеек и перфорированными блоками 1 × 2 [3700] для крепления светодиодов. Примечательно, что не рекомендуется резать или красить кубики LEGO, когда они используются для игры. Из трех аналитических инструментов LEGO фотометр видимого диапазона имел простейшую конструкцию. Светодиод для излучения видимого света и светодиод для обнаружения света были расположены и закреплены так, чтобы обращать внимание на перфорированные кирпичи поперек кварцевой ячейки.Простой фотометр можно использовать для иллюстрации работы спектрофотометров ультрафиолетового и видимого (УФ-видимого диапазонов), которые широко используются в химических экспериментах. Колориметр на основе LEGO может содержать две кварцевые ячейки, расположенные рядом, на большой пластине LEGO. Этот инструмент можно использовать для обучения закону Бера – Ламберта. Фосфоресцентный анализатор LEGO был оснащен светодиодом для обнаружения длинноволнового света в направлении, перпендикулярном пути коротковолнового света. После создания одного инструмента учитель мог разобрать его компоненты и построить два других.Это удобно, потому что светодиоды были прочно прикреплены к перфорированным кубикам LEGO. Другая группа сообщила об учебном пособии, разработанном на основе аналогичной концепции. Модели LEGO легко воссоздать; следовательно, студенты могут строить свои собственные модели методом проб и ошибок. Недавно Квиттинген и Сюрснес сообщили о конструкции поляриметра с использованием кубиков LEGO в качестве основы для студенческих экспериментов (Kvittingen & Sjursnes, 2020). Они использовали этот инструмент для измерения оптического вращения меда, сиропов и эфирных масел.Как и в вышеупомянутых приборах, в этом поляриметре использовались перфорированные блоки размером 1 × 2 [3700] для защиты светодиодов. Он также использовал перфорированные кирпичи 1 × 2 и часть штифта [3673] для фиксации транспортира и пластикового циферблата.

Рисунок 20:

Центральные части LEGO-спектрофотометра (а), колориметра и (в) флуориметра.

Полноценный спектрофотометр видимого диапазона и флуоресцентный микроскоп

В некоторых мероприятиях, в которых студенты построили полноценный спектрофотометр видимого диапазона (Bougot-Robin, Paget, Atkins, & Edel, 2016; Knagge & Raftery, 2002; Wilson & Wilson, 2017) и флуоресцентный микроскоп (Varra et al., 2020), кубики LEGO использовались в качестве каркаса инструментов или держателей для фиксации таких компонентов, как щель, зеркало, призма и кварцевая ячейка. В некоторых сообщениях в кирпичике LEGO просверливали отверстие для создания движущейся части спектрометра. Примечательно, что не рекомендуется сверлить отверстия при использовании кубиков LEGO вне образования. Однако доступно несколько компонентов петель, которые следует рассмотреть для использования, хотя они довольно дороги. Также есть сообщения об инструментах на основе LEGO, которые используют LEGO Mindstorms (Hosker, 2018) и сенсоры смартфонов (Kocanda, Wilke, & Ballantine, 2010) в качестве фотоприемников.Производительность инструментов ручной работы сравнивали с характеристиками коммерческих инструментов. Очевидно, что ручные инструменты показали более низкую точность измерения, чем коммерческие, хотя они показали достаточную точность для образовательных целей. Кроме того, инструменты ручной работы, безусловно, были лучшими для образовательных иллюстраций.

Инструменты для исследований

Кристус и его коллеги сообщили об учебном пособии, в котором широко использовались функции LEGO Mindstorms (Anunson, Winkler, Winkler, Parkinson, & Christus, 2013).Учебное пособие, получившее название «SHArK», аббревиатура от Solar Hydrogen Activity Research Kit, было разработано для изучения комбинаций полупроводников, которые могут быть фотокатализаторами разложения воды. Благодаря такой продуманной конструкции модель SHArK превратилась из учебного пособия в инструмент исследования.

Инструменты ручной работы LEGO используются в области химического образования и передовых исследований. Они, в сочетании с Mindstorms, могут использоваться в качестве автоматических сборщиков фракций в системах высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) (Caputo, Lyles, Salazar, & Quave, 2020), системы сопряжения между тонкослойной хроматографией (ТСХ) и масс-спектрометром окружающей среды. (AMS) (Cheng et al., 2012) и перистальтические насосные системы в микрофлюидной платформе (Conde et al., 2014). Также сообщалось о преимуществах ручного инструмента, созданного путем комбинирования моделей LEGO с материалами для 3D-печати (Owens & Hart, 2018). В будущем эти инструменты могут быть использованы в химическом образовании.

Ссылки

Альберт, Д. Р., Тодт, М. А., и Дэвис, Х. Ф. (2012). Недорогой количественный абсорбционный спектрофотометр. Журнал химического образования , 89 , 1432–1435.https://doi.org/10.1021/ed200829d. Искать в Google Scholar

Анунсон, П. Н., Винклер, Г. Р., Винклер, Дж. Р., Паркинсон, Б. А., и Кристус, Дж. Д. С. (2013). Вовлечение студентов в совместный проект по поиску недорогих и стабильных материалов для солнечного фотоэлектролиза. Журнал химического образования , 90 , 1333–1340. https://doi.org/10.1021/ed300574x. Искать в Google Scholar

Asheim, J., Kvittingen, E. V., Kvittingen, L., & Verley, R.(2014). Простой малогабаритный колориметр LEGO со светодиодом, который используется в качестве детектора. Журнал химического образования , 91 , 1037–1039. https://doi.org/10.1021/ed400838n. Искать в Google Scholar

Буго-Робен, К., Пэджет, Дж., Аткинс, С. К., и Эдель, Дж. Б. (2016). Оптимизация и конструкция спектрометра поглощения, управляемого с помощью Raspberry Pi, для улучшения аналитических навыков. Журнал химического образования , 93 , 1232–1240.https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.5b01006. Искать в Google Scholar

Bouza, M.-E., Nastou, A., Panigyraki, C., & Makedonas, C. (2019). Внедрение спектрофотометрии в школьной лаборатории с использованием кирпичей LEGO и светодиодов. Международный учитель химии , 1 , 20180012. https://doi.org/10.1515/cti-2018-0012. Искать в Google Scholar

Кэмпбелл, Д. Дж., Фрейдингер, Э. Р. и Квернс, М. К. (2001). Самопроизвольная сборка магнитных кубиков LEGO. Учитель-химик , 6 , 321–323.https://doi.org/10.1007/s00897010517a. Искать в Google Scholar

Кэмпбелл, Д. Дж., Миллер, Дж. Д., Бэннон, С. Дж., И Обермайер, Л. М. (2011). Исследование наномира с помощью кубиков LEGO. Журнал химического образования , 88 , 602–606. https://doi.org/10.1021/ed100673k. Искать в Google Scholar

Кэмпбелл, Д. Дж., Брюер, Э. Р., Мартинес, К. А., и Фицьярральд, Т. Дж. (2017). Использование бусинок и разделенных контейнеров для изучения кинетических и равновесных изотопных эффектов в лаборатории и в классе. Журнал химического образования , 94 , 1118–1123. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.6b01004. Искать в Google Scholar

Caputo, M., Lyles, J. T., Salazar, M. S., & Quave, C. L. (2020). Коллектор фракций LEGO Mindstorms: недорогой инструмент для препаративной системы высокоэффективной жидкостной хроматографии. Аналитическая химия , 92 , 1687–1690. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.9b04299. Искать в Google Scholar

Cheng, S.-C., Huang, M.-Z., Wu, L.-C., Chou, C.-C., Cheng, C.-N., Jhang, S.-S., & Shiea, J. ( 2012). Строительные блоки для разработки интерфейса для высокопроизводительной тонкослойной хроматографии / масс-спектрометрического анализа окружающей среды: зеленая методология. Аналитическая химия , 84 , 5864–5868. https://doi.org/10.1021/ac301178w. Искать в Google Scholar

Cloonan, C. A., Nichol, C. A., & Hutchinson, J. S. (2011). Понимание кинетики химической реакции и равновесия с помощью взаимосвязанных строительных блоков. Журнал химического образования , 88 , 1400–1403. https://doi.org/10.1021/ed1010773. Искать в Google Scholar

Conde, A. J., Batalla, M., Cerda, B., Mykhaylyk, O., Plank, C., Podhajcer, O.,… Policastro, L. (2014). Создание непрерывного потока магнитолипосом на недорогой портативной микрофлюидной платформе. Лаборатория на чипе , 14 , 4506–4512. https://doi.org/10.1039/c4lc00839a. Искать в Google Scholar

Нобелевская лекция Эй-ичи Негиси.(2010). Получено в июле 2020 г. по адресу https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2010/negishi/lecture/ . Ищите в Google Scholar

Электроотрицательность, из Википедии, бесплатной энциклопедии. (нет данных). Получено в июле 2020 г. с сайта https://en.wikipedia.org/wiki/Electronegativity . Ищите в Google Scholar

Enthaler, S. (2017). Иллюстрирует производство пластмасс и переработку пластмасс в конце срока службы с помощью взаимосвязанных строительных блоков. Журнал химического образования , 94 , 1746–1751.https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.6b00888. Выполните поиск в Google Scholar

Веб-сайт LEGO ^® Эрика Харшбаргера. (n.d.) Получено в июле 2020 г. с сайта http://www.ericharshbarger.org/lego/index.html . Ищите в Google Scholar

Изучение наномира с кубиками LEGO ^® . (2008). Получено в июле 2020 г. по адресу https://chem.beloit.edu/edetc/LEGO/index.html . Ищите в Google Scholar

Fatemah, A. Rasool, S., & Habib, U. (2020). Интерактивная трехмерная визуализация диаграмм химической структуры, встроенных в текст, для облегчения процесса пространственного обучения студентов. Журнал химического образования , 97 , 992–1000. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.9b00690. Ищите в Google Scholar

Fieberg, J. E. (2012). Визуализация хода реакции, геометрии и нестабильности переходного состояния. Журнал химического образования , 89 , 1174–1177. https://doi.org/10.1021/ed100977e. Ищите в Google Scholar

Fourches, D., & Feducia, J. (2019). Работа с трехмерной печатью под руководством студентов на курсах больших лекций: практическое руководство. Журнал химического образования , 96 , 291–295. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.8b00346. Искать в Google Scholar

Гарви, К. Дж., Хаммер, Д. М., Прасертчунг, С., Гомар-Надаль, Э., Хайнс, Д. Р., Миллер, Дж. Д. и Кэмпбелл, Д. Дж. (2008). Демонстрация фотолитографии с кубиками LEGO. Учитель-химик , 13 , 348–350. https://doi.org/10.1333/s00897082169a. Ищите в Google Scholar

Гейер, М. Дж. (2017). Использование взаимосвязанных игрушечных строительных блоков для оценки концептуального понимания химии. Журнал химического образования , 94 , 202–205. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.6b00551. Искать в Google Scholar

Goss, V., Brandt, S., & Lieberman, M. (2013). Аналоговый атомно-силовой микроскоп: измерение, моделирование и построение графиков для средней школы. Журнал химического образования , 90 , 358–360. https://doi.org/10.1021/ed200704j. Ищите в Google Scholar

Hendrix, S.P., & Prilliman, S.G. (2018). Измерение силы между магнитами по аналогии с законом Кулона. Журнал химического образования , 95 , 833–836. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.7b00580. Искать в Google Scholar

Horikoshi, R. (2015a). Иллюстрация катализа с взаимосвязанными строительными блоками: катализируемые палладием реакции кросс-сочетания арилгалогенидов с замещенными гетероатомом аренами. Журнал химического образования (CEJ) , 17 , 101. Поиск в Google Scholar

Хорикоши, Р. (2015b). Иллюстрация катализа с взаимосвязанными строительными блоками: комплекс BINAP-рутений, катализируемый асимметричным гидрированием. Журнал химического образования , 92 , 332–335. https://doi.org/10.1021/ed500484u. Ищите в Google Scholar

Horikoshi, R. (2017). Иллюстрация взаимосвязей структура-свойства с помощью взаимосвязанных моделей строительных блоков: амилопектин, амилоза и целлюлоза. Учитель-химик , 22 , 191–194. https://doi.org/10.1333/s00897172774a. Искать в Google Scholar

Хорикоши, Р., Кобаяши, Ю., & Кагеяма, Х. (2013). Иллюстрация катализа с взаимосвязанными строительными блоками: корреляция между структурой металлоценового катализатора и стереорегулярностью полипропилена. Журнал химического образования , 90 , 620–622. https://doi.org/10.1021/ed200871c. Искать в Google Scholar

Хорикоши, Р., Кобаяши, Ю., & Кагеяма, Х. (2014). Иллюстрация катализа с взаимосвязанными строительными блоками: комплекс карбена рутения для реакций метатезиса олефинов. Журнал химического образования , 91 , 255–258. https://doi.org/10.1021/ed400413k. Ищите в Google Scholar

Hosker, B. S. (2018). Демонстрация принципов спектрофотометрии путем создания простого, недорогого, функционального спектрофотометра, использующего датчик освещенности на смартфоне. Журнал химического образования , 95 , 178–181. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.7b00548. Искать в Google Scholar

Hudson, R., Leaman, D., Kawamura, K. E., Esdale, K. N., Glaisher, S., Bishop, A., & Katz, J. L. (2016). Изучение показателей зеленой химии с помощью взаимосвязанных молекулярных моделей из строительных блоков. Журнал химического образования , 93 , 691–694. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.5b00696. Искать в Google Scholar

Kerr, S.(2020). Моделирование химических реакций . Получено за декабрь 2020 г. с https://www.youtube.com/watch?v=ntt12_mnK_E. Искать в Google Scholar

Knagge, K., & Raftery, D. (2002). Создание и оценка спектрофотометра LEGO для использования студентами. Учитель-химик , 7 , 371–375. https://doi.org/10.1007/s00897020615a. Ищите в Google Scholar

Kocanda, M., Wilke, B.M., & Ballantine, D. S. (2010). Использование робототехнических комплектов LEGO Mindstorms NXTTM в качестве спектрофотометрического инструмента. Международный журнал интеллектуальных датчиков и интеллектуальных систем , 3 , 400–410. https://doi.org/10.21307/ijssis-2017-400. Искать в Google Scholar

Kuntzleman, T. S. (2015). Бутылка с динамической плотностью: практическое руководство по изучению плотности. Журнал химического образования , 92 , 1503–1506. https://doi.org/10.1021/ed500830w. Искать в Google Scholar

Kuntzleman, T. S., Rohrer, K. N., Baldwin, B.W .; Кингсли, Дж., Шерер, К. Л., Сэйерс, Д. К., и Уэст, В. Б. (2013). Построение аннотированной таблицы Менделеева, состоящей из взаимосвязанных строительных блоков: общенациональная неделя химии для людей всех возрастов. Журнал химического образования , 90 , 1346–1348. https://doi.org/10.1021/ed300849k. Искать в Google Scholar

Kvittingen, L., & Sjursnes, B.J. (2020). Демонстрация основных свойств и применения поляриметрии с использованием поляриметра собственного изготовления. Журнал химического образования , 97 (8), 2196–2202.https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.9b00763. Искать в Google Scholar

Квиттинген, Э. В., Квиттинген, Л., Сюрснес, Б. Дж., И Верли, Р. (2016). Простой и недорогой УФ-фотометр, использующий светодиоды как в качестве источника света, так и в качестве детектора. Журнал химического образования , 93 , 1814–1817. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.6b00156. Искать в Google Scholar

Квиттинген, Э. В., Квиттинген, Л., Мелё, Т. Б., Сюрснес, Б. Дж., И Верли, Р. (2017). Демонстрация основных свойств спектроскопии с использованием комбинированного флуориметра и УФ-фотометра собственного изготовления. Журнал химического образования , 94 , 1486–1491. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.7b00121. Ищите в Google Scholar

Lauwaert, M. (2008). Играйте нестандартно — с игрушками LEGO и меняющимся миром конструирования. История и технология , 24 , 221–237. https://doi.org/10.1080/073415108010. Искать в Google Scholar

Лин, Х. Дж., Лехоанг, Дж., Кван, И., Багаи, А., Прасад, П., Ха-Чен, С. Дж.,… Вудс, Дж. Д. (2018).Кубики LEGO и правило октетов: молекулярные модели биохимических путей из пластмассовых, взаимосвязанных игрушечных кубиков. Биохимия и молекулярная биология Образование , 46 , 54–57. https://doi.org/10.1002/bmb.21090. Ищите в Google Scholar

Lipkowitz, D. (2018). Книга LEGO . Нью-Йорк: DK Publishing Limited. Искать в Google Scholar

Macori, G., Romano, A., Decastelli, L., & Cotter, P. D. (2017). Создайте прочтение: практическое задание для ознакомления студентов-микробиологов с секвенированием ДНК и биоинформатикой следующего поколения. Журнал микробиологии и биологии образования , 18 (3), 1. https://doi.org/10.1128/jmbe.v18i3.1363. Искать в Google Scholar

Мелаку, С., Шрек, Дж. О., Гриффин, К., и Дабке, Р. Б. (2016). Связанные игрушечные строительные блоки в качестве практических учебных модулей для слепых и слабовидящих студентов-химиков. Журнал химического образования , 93 , 1049–1055. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.5b00252. Искать в Google Scholar

Olson, J.А., Кальдерон, К. Э., Дулан, П. В., Менгельт, Э. А., Эллис, А. Б., Лисенский, Г. К., и Кэмпбелл, Д. Дж. (1999). Химия с магнитами на холодильник: от моделирования наноразмерных характеристик до изготовления композитов. Журнал химического образования , 76 , 1205–1211. https://doi.org/10.1021/ed076p1205. Ищите в Google Scholar

Owens, C.E., & Hart, A.J. (2018). Высокоточная модульная микрофлюидика путем микроплавления блокируемых блоков, полученных литьем под давлением. Лаборатория на чипе , 18 , 890–901. https://doi.org/10.1039/c7lc00951h. Ищите в Google Scholar

Profbonomi (2017). Химия с LEGO® . Получено в июле 2020 г. с сайта https://www.youtube.com/watch?v=8RKjzYW5Bhg. Искать в Google Scholar

Ruddick, K. R., & Parrill, A. L. (2012). Задание № 113 в классе JCE: Работа с блоками, связанными с написанием формул ионных соединений. Журнал химического образования , 89 , 1436–1438.https://doi.org/10.1021/ed200513y. Искать в Google Scholar

Sanii, B. (2020). Создание файлов USDZ с дополненной реальностью для визуализации 3D-объектов на телефонах учащихся в классе. Журнал химического образования , 97 , 253–257. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.9b00577. Искать в Google Scholar

Савченков А.В. (2020). Разработка трехмерных моделей, которые можно распечатать по запросу и использовать со студентами для облегчения обучения молекулярной структуре, симметрии и связанным темам. Журнал химического образования , 97 , 1682–1687. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.0c00192. Ищите в Google Scholar

Scarborough, L. (2016). QT строит химические уравнения с помощью Legos . Получено за декабрь 2020 г. с https://www.youtube.com/watch?v=pWZQvqtV3QY. Искать в Google Scholar

Точная структура ДНК из ЯПОНИИ. (нет данных). Получено за июль 2020 г. с сайта https://ideas.lego.com/projects/b4f75f16-d624-4129-aee9-d377dce10a7d . Ищите в Google Scholar

Образовательное сообщество LEGO ^® уже существует! (п.д.). Получено за июль 2020 г. с сайта https://education.lego.com/en-gb . Ищите в Google Scholar

The 8 Orange Community * ранее 8 Gold * (2017). Моделирование закона сохранения массы с помощью LEGO (Раузат, Ааширвад, Нико, Никхита) . Получено за декабрь 2020 г. с https://www.youtube.com/watch?v=ib8SlorFqfQ. Искать в Google Scholar

Varra, T., Simpson, A., Roesler, B., Nilsson, Z., Ryan, D., Van Erdewyk, M.,… Sambur, J. B. (2020). Самодельный смартфонный микроскоп для одночастичной флуоресцентной микроскопии. Журнал химического образования , 97 , 471–478. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.9b00670. Ищите в Google Scholar

Xian, J., & King, D. B. (2020). Обучение темам кинетики и равновесия с использованием взаимосвязанных строительных кирпичей в практических занятиях. Журнал химического образования , 97 , 466–470. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.9b00515. Ищите в Google Scholar

Wilson, M. V., & Wilson, E. (2017). Аутентичная работа в лаборатории инструментального анализа: создание прототипа спектрофотометра видимого диапазона. Журнал химического образования , 94 , 44–51. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.6b00515. Искать в Google Scholar

Эти новые детали Lego сделаны из экологически безопасного пластика

Это не из-за отсутствия попыток. Кирпичи-прототипы сделаны из экологически чистого пластика (Lego не уточняет, какой именно), но Брукс говорит, что, хотя они хорошо смотрятся на фотографиях, они страдают от мраморности цвета и не имеют точной силы сцепления, которая удерживает сборки Lego вместе.

Итальянская компания Bio-On тем временем делает копии Lego из полигидроксиалканоатов, или PHA, полимера, полученного из штамма бактерий.Они выглядят как Lego и складываются как Lego, но в долгосрочной перспективе, по словам Хьюедж, они не действуют как Lego. И вот что важно.

«Они разработали продукт меньшего масштаба», — говорит он. «У них есть возможность сделать что-то, похожее на Lego. Проблема в том, что почти наверняка не будет требований Lego к материалам, независимо от того, как они это обрабатывают».

Потенциально более многообещающей альтернативой может быть ABL, недавно разработанный в Национальной лаборатории Ок-Ридж в Теннесси.ABL использует тот же акрилонитрил и бутадиен, что и ABS, но меняет лигнин, биологический материал, на стирол последнего, полученный из нефти.

«Вариант ABL может быть решением», — говорит соавтор ABL Амит Наскар, который также отмечает, что ABL в настоящее время не является идеальной заменой ABS один к одному; это не так сложно, и в нем больше растяжения. «Или, может быть, это другой вид возобновляемой энергии. Ученые всего мира работают над возобновляемым материалом». Наверняка один из них подойдет Lego.

Для этого — и да, становится все труднее — им также придется придумать полимер, который, как, вероятно, делает полиэтилен, подходит для существующего производственного процесса Lego.

«Это секрет. Во многом это то, как мы делаем кирпичи, как оптимизируем машины», — говорит Брукс. «Различные материалы работают по-разному. Некоторые материалы гигроскопичны, а некоторые гидрофобны. Некоторые из них пыльные, а некоторые нет. У некоторых высокий статический заряд, а у некоторых низкий. .Есть много разных соображений ».

2030 или Bust

У Lego есть еще 12 лет, чтобы выяснить, как использовать экологически чистые материалы для изготовления оставшихся 98 процентов своих пластиковых элементов. Скорее всего, уже собраны, это устрашающая цель. Однако это не невозможно. Вот как компания может к этому прийти.

Начните с того, что уже сделано: эти кусочки биополиэтилена. Возможно, для Lego дороже, но не что-то, что можно перевести через остальную часть строки, но с чего-то нужно начинать.(Возникает также вопрос, насколько экологически безопасен биополиэтилен, учитывая энергоемкость процесса, необходимого для его производства, но давайте пока отложим это.)

Далее: 19 других типов пластика, из которых состоит остальная часть строки. Важно отметить, что Lego не обязательно будет искать 19 идеальных замен один к одному.

«Мы можем получить больше, мы можем получить меньше», — говорит Брукс. «Некоторые материалы, которые мы находим, могут выполнять функцию некоторых, которые есть у нас сегодня, или может быть наоборот.Для функции, которую мы получаем от одного материала, в зависимости от его применения и формы, может потребоваться несколько материалов ».

Все эти условия, опять же, проистекают из того факта, что эти материалы еще не существуют, по крайней мере, в количестве. , и даже 2030 год может оказаться недостаточным сроком для их поиска и массового производства.

«Даже через 12 лет они могли бы в небольших масштабах изготавливать каждый из своих кирпичей из заводов в лаборатории, но продавать в магазинах каждый кирпичик будет непросто », — говорит Хьюедж, исследователь биохимии.

Но может и не нужно. Lego также считает переработанный пластик — не настоящие кирпичи Lego, которые, как правило, передаются из поколения в поколение, а пластик ABS в целом — как экологически безопасный источник. Использование переработанного материала сопряжено со своими проблемами, особенно с контролем качества и воспроизведением цвета. Но сочетания разработки достаточного количества полимеров на биологической основе и получения достаточного количества высококачественного переработанного АБС может быть достаточно, чтобы Lego добралась до финишной черты.

«Некоторые кирпичи будут из вторичного сырья, некоторые — на биологической основе», — говорит Брукс.«Вероятно, именно здесь мы и выберемся».

Другие придерживаются еще более оптимистичного взгляда. «Если они нацелены на 2030 год, это, безусловно, выполнимо», — говорит Наскар из Окриджа.

В этом пространстве делается слишком много работы, предполагает он, чтобы что-то не щелкнуло.

Больше WIRED Gear

Хотите больше новостей и обзоров, которые вы можете использовать? Подпишитесь на рассылку новостей Gadget Lab.

Вот сколько стоит этот кирпичик Lego, на который вы наступили

Я могу измерить высоту, длину и ширину с помощью обычного удлинителя (некоторые могут назвать это линейкой).А как насчет шишек наверху (я полагаю, Lego называет их шипами)? Я проигнорирую их — все равно это не настоящий размер. Используя эти измерения, я могу рассчитать объем в кубических сантиметрах.

Но есть еще одно измерение объема в единицах Лего — шпильки. Для приведенного выше кирпича кажется очевидным, что длина и ширина равны двум гвоздикам. А как насчет высоты? Если вы возьмете самый тонкий кусок Lego, который напоминает кусок, вы обнаружите, что три из них имеют такую ​​же высоту, как один «обычный» кирпич.

Итак, я назначу этому «нормальному» кирпичу высоту в три части, хотя я уверен, что у Lego есть специальный термин для этого размера. Чтобы найти объем, я просто умножаю длину на ширину на высоту. Однако единица высоты — это не то же самое, что единица длины или ширины, поэтому это может показаться бессмысленным. Думаю, я буду придерживаться измерения объема в сантиметрах.

Actual Lego Data

Lego предлагает множество видов деталей. Я собираюсь придерживаться основных форм, а не специализированных деталей.Вот посмотрите, что я измерил:

RHETT ALLAIN

Имея данные о массе и размере, я могу построить график зависимости массы от объема:

Данные выглядят довольно линейно — ну, для меня достаточно линейно. Наклон этой подгонки также является отличным способом оценить плотность детали Lego. Наклон определяется как скорость изменения вертикальной переменной (массы) относительно горизонтальной переменной (объема). Это как масса, разделенная на объем — плотность. Глядя на наклон этой подходящей линии, средняя плотность Lego равна 0.565 г / см ³ . Это кажется правдоподобным. Мне всегда нравится сравнивать плотность объекта с плотностью воды, которая составляет 1 г / см ³ . Плотность Lego ниже, чем у воды, поэтому они будут плавать — при условии, что воздух остается внутри детали. Опять же, это разумно.

Но почему данные выглядят так, будто в них смешаны две линейные функции? Наверное, потому, что есть две плотности Lego. В этом исследовании я исследовал только блоки одной высоты или блоки трех высот. В более коротких блоках меньше пустого пространства — это даст более высокую плотность, чем более высокие блоки.Это всего лишь мое предположение — вы можете дальше исследовать плотность Lego в качестве домашнего задания.

Цена за фунт

Как связать плотность Lego с ценой за фунт? Во-первых, я могу определить цену за грамм простым пересчетом единиц. Это будет 7,9 цента за грамм. Теперь, используя 10,4 цента за штуку, я могу проделать следующий трюк с единицами измерения:

Если я переверну это, я получу 1,35 грамма за штуку. Это можно интерпретировать как среднюю массу предмета в наборе — , если — 8 долларов.99 за четверть фунта — это реально. Как будет выглядеть 1,35-граммовая деталь Lego? По моим данным, он будет где-то между высоким кирпичом 2×2 и высоким кирпичом 4×1.

Как насчет одного домашнего задания. Найдите такое соотношение частей Lego, чтобы средняя масса составляла ровно 1,35 грамма. Вы сможете увидеть мои массовые данные, если нажмете на график выше. Вам это понадобится, или вам нужно будет определить свои собственные массовые данные Lego.

Анатомия кубика LEGO® | Кирпичи 4 Kidz

Признаки очевидны: предметы LEGO разбросаны по полу или по столу.Списки желаний полны новых комплектов и деталей. Пройдитесь осторожно по комнате ребенка, чтобы не наступить на твердые пластиковые кирпичи, которые кажутся сливающимися с ковром.

Если это звучит для вас знакомо, то вы, вероятно, являетесь родителем ребенка LEGO®, также известного как блестящий, творческий ребенок, который любит строить. Если мир LEGO® для вас новичок, возможно, вы не знакомы с терминологией, используемой для кубиков LEGO® и других частей.

Помимо того, что это отличный способ пообщаться с вашим ребенком-энтузиастом, знание официальных названий кубиков LEGO®, а также других элементов, участвующих в создании, также полезно, когда вы заказываете дополнительные детали или пытаетесь заменить деталь, которая был потерян.

Итак, давайте начнем с нашего короткого и милого словаря кубиков LEGO®.

Как называются неровности на кубиках LEGO®?

Неровности на кубике LEGO® называются «гвоздиками». Это части кирпича, которые позволяют ему соединяться с другими частями. Шпильки также используются для идентификации кирпичей при заказе определенных деталей или при обращении к другу с просьбой предоставить их во временное пользование.

кубиков LEGO® часто называют количеством шипов, которые у них есть. Например, кирпич, у которого две стойки проходят по короткой стороне и четыре стойки по длинной стороне, будет называться кирпичом «2 × 4».Если вам нужна такая штука, поищите в Интернете ее размер. Даже плитки — кирпичи, на которых нет шипов — также обычно называют количеством шипов, которые поместятся на их поверхность.

На нижней стороне кубика LEGO® вы найдете «антишпильку», которая представляет собой трубку, которая служит приемником для шпилек на детали, которую вы соединяете. Кирпичи LEGO® соединяются путем вставки шпилек одного кирпича в антишипы другого кирпича. Они спроектированы так, чтобы надежно соединяться, чтобы их не разобрать позже в процессе сборки.

Какие общие элементы LEGO®?

Знание термина «шпилька» — это первый шаг, когда речь идет о жаргоне LEGO®, но вы захотите расширить свой словарный запас. Когда дело доходит до терминологии для кубиков LEGO®, это не просто шпильки. Знание различных категорий деталей LEGO важно для покупки и создания всевозможных творений.

1. Элемент

Когда вы слышите, как конструктор LEGO® ссылается на «элемент», он имеет в виду часть LEGO®, например кирпич или какую-либо плитку.Например, ваш ребенок может искать синий элемент 2 × 4, то есть кирпич 2 × 4.

2. Кирпич

Кирпич — это основной строительный блок LEGO®. Они различаются по размеру и цвету в зависимости от ваших наборов. Если вы имеете в виду более одного кубика LEGO®, термин множественного числа будет «LEGO», а не «legos», как многие ошибочно полагают.

3. Опорная плита

Опорная плита — это основа любого творения LEGO®. Это тонкая пластина, которую ваш строитель будет использовать для установки того, что он хочет создать.Базовые плиты не имеют нижних соединений, на их поверхности есть только шпильки. Они предназначены для размещения на столе или полу, которые ребенок использует в качестве места для творчества. Вы можете найти простые опорные плиты или, что еще более сложно, вы можете приобрести опорные плиты с рисунками или выступающими частями на них, чтобы все, что вы строите, выглядело более реалистично.

4. Пластина

«Пластина» — это термин, используемый для обозначения любой соединительной детали LEGO®, которая составляет 1/3 высоты кирпича LEGO®.

5.Плитка

Плитка — это кирпич LEGO®, на поверхности которого нет шипов. Он используется в качестве завершающего элемента для улучшения внешнего вида моделей за счет сглаживания верхних частей зданий или полов внутри конструкций.

6. Перемычка

Перемычка — это пластина, в центре которой находится только одна шпилька. Обычно он используется для строительства со смещением половинной стойки, что в основном означает, что он используется в тех случаях, когда строитель хочет свободу творчества, не ограничиваясь стандартным выравниванием шпилек на традиционных плитах и ​​кирпичах.

7. Терка для сыра

«Тёрка для сыра» похожа на терку для сыра. Примерно 2/3 кирпича — две пластины высотой — терка для сыра имеет наклон 18 градусов и шпильки 1 × 2.

8. Минифигурка

Минифигурки или минифигурки были любимой частью наборов LEGO® уже более 40 лет. Это маленькие фигурки, которые входят во многие наборы.

9. Duplo

Duplo — отличный способ познакомить вашего ребенка с LEGO®, прежде чем у него появятся двигательные навыки или терпение, чтобы проводить время с небольшими деталями LEGO®.Кубики Duplo обладают многими теми же функциями, что и элементы LEGO®, но они больше, и их легче собирать и разбирать. Они — отличный вариант для строителей дошкольного возраста.

Из чего сделаны кубики LEGO®?

Любой, кто когда-либо наступал на кирпич LEGO®, не понаслышке знает, что это болезненно. Почему наступить на кирпич LEGO® так больно?

LEGO® Bricks изготовлены из акрилонитрилбутадиенстирола (ABS), промышленного пластика, который также используется для изготовления деталей багажа и салона автомобилей.Материал не выгорает и не коробится со временем, хорошо сохраняет цвет и форму. В кирпичи можно добавлять красители, чтобы придать АБС-пластику разные цвета. Прочность материала также делает его болезненным.

LEGO® Bricks созданы, чтобы противостоять наступлению детей. LEGO® проводит серию тестов на качество своих деталей, в том числе один тест, имитирующий, как ребенок весом около 110 фунтов наступает на кубик LEGO®. Конечной целью было и остается создание элементов, которые выдержат практически все.И для этого пластик должен быть прочным. LEGO® не уступит. Поэтому, когда вы наступаете на него, вы каждый раз будете ощущать его сопротивление вашему весу.

LEGO® Bricks and STEM

Если у вас дома есть маленький строитель, подумайте о поиске местной программы Bricks 4 Kidz. В Bricks 4 Kidz наша цель — показать детям, что обучение может быть увлекательным. Для этого наши программы разработаны так, чтобы объединить принципы построения LEGO и STEM — науку, технологию, инженерию и математику — и все это с целью поощрения открытий в веселой, непринужденной обстановке.Мы предлагаем широкий спектр семинаров, внеклассных занятий, лагерей и многое другое, ориентированное на детей в возрасте от 3 до 13 лет.

Найдите ближайший к вам город и зарегистрируйте своего строителя для участия в одной из наших программ уже сегодня.

трюков с плотностью с кубиками LEGO® | Chem13 News

Впервые опубликовано в Chem 13 News, , февраль 2003 г.

Авторы: Д. Дж. Кэмпбелл *, Р. А. Бейли, Департамент химии, Университет Брэдли, Пеория, штат Иллинойс, 61625, Электронная почта: campbell @ bradley.edu

Строительные кирпичи

LEGO ^® — относительно обычная домашняя игрушка. Таким образом, учащиеся, использующие эти кубики в рамках учебных демонстраций, в некоторой степени знакомы с этими материалами. При измерении плотности кирпичей с помощью вытеснения воды было отмечено, что многие пузырьки воздуха могут прилипать к внутренней и внешней стороне этих пластиковых деталей неправильной формы. В то время как образование этих пузырьков воздуха на кирпичах было в значительной степени затруднительным при изучении плотности, они действительно позволяют использовать кирпичи в качестве картезианских ныряльщиков.Декартовы дайверы имеют долгую историю как новинки, так и научные демонстрации. ^{1- 4} Эти ныряльщики обычно состоят из какого-то объекта, более плотного, чем вода, прикрепленного к пузырькам воздуха. Объект и связанный с ним воздух, например пакет с соевым соусом с пузырьком в нем, ⁴ , можно рассматривать как единое целое. Этот блок обычно заключен в гибкий контейнер, например пластиковую бутылку. При нормальном давлении агрегат недостаточно плотный, чтобы утонуть.Однако при сжатии бутылки несжимаемая вода сжимает воздух в пузырьках. По мере того, как пузырьки воздуха становятся меньше, устройство становится более плотным и тонет. D.J.C. использовал картезианского дайвера в своем классе, чтобы проиллюстрировать принципы плотности, сжимаемости воздуха и несжимаемости жидкостей.

Чтобы сделать декартова дайвера LEGO ^® , необходимы следующие материалы:

• LEGO ^® человек (Этот процесс работает и с другими кубиками LEGO ^®
  , но дайвер в форме человека, безусловно, выглядит лучше всего.)
• пустая пластиковая бутылка из-под газировки
• бумажные полотенца
• водопроводная вода

1) Полностью наполните бутылку содовой водой из-под крана, текущей струйкой из крана, чтобы уменьшить количество пузырьков воздуха. Закройте бутылку крышкой и дайте ей постоять около минуты, пока все пузырьки воздуха не поднимутся до верха бутылки. Стук плотно закрытой бутылки о столешницу помогает стряхнуть пузыри со стенок емкости.

2) Снимите все аксессуары (включая шляпу, волосы и т. Д.).) от человека LEGO ^® , оставив голову, руки, кисти рук, тело и ноги. Руки направьте вверх.

3) Погрузите человека LEGO ^® под воду, чтобы смыть некоторые воздушные карманы, затем поместите человека LEGO ^® в бутылку. Часть воды, вытесненной человеком LEGO ^® , будет вытолкнута из верхней части бутылки, и ее можно будет вытереть бумажным полотенцем. Несмотря на то, что АБС-пластик, из которого сделаны кубики LEGO ^® , плотнее воды, в LEGO ^® содержится достаточно воздуха, чтобы он парил.Если он сразу тонет, возьмите LEGO ^® , вытрите его и начните процесс заново.

4) Добавьте воды в бутылку, если необходимо, чтобы убедиться, что она максимально наполнена. Осторожно закрутите бутылку крышкой, чтобы пролить как можно меньше воды. (Например, не сжимайте бутылку, закрывая крышку).

5) Сожмите бутылку.

Если человек LEGO ^® тонет, когда бутылка сжимается, а затем всплывает, когда бутылка отпускается, значит, вы сделали декартова дайвера, который на самом деле выглядит как ныряльщик (см. Выше).

— Если человек LEGO ^® продолжает плавать, когда бутылка сжимается, или вам приходится очень сильно сжимать, чтобы заставить LEGO ^® утонуть, попробуйте постучать плотно закрытой бутылкой в ​​разных направлениях по столешнице, чтобы вытряхнуть пузыри. из LEGO ^® . Затем, когда бутылка находится в вертикальном положении, снимите крышку, убедитесь, что бутылка максимально наполнена водой, и закройте бутылку крышкой. Должно быть легче заставить человека LEGO ^® «нырнуть».

Состав кубиков LEGO ^® зависит от типа кирпича. Большинство непрозрачных кирпичей изготовлено из сополимера акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС). (Большинство полупрозрачных кирпичей изготовлены из поликарбонатного полимера.) ⁵ Кирпичи из АБС-пластика с двумя штифтами (средний объем примерно 1,13 см ³ ) имеют плотность около
1,2 г / см ³ , и, похоже, существует некоторая связь между цветом и плотностью кирпичей.Мы обнаружили, что плотность кирпичей, от наименьшей до наиболее плотной, составляет приблизительно: красный @ черный <зеленый @ желтый @ синий <белый. К сожалению, плотность кирпичей варьируется настолько, что этот порядок не является абсолютным. Это также не соответствует порядку расположения кирпичей по массе (зеленые кирпичи часто были самыми легкими).

Эти различия в плотности кирпичей позволяют разделять их водными солевыми растворами; В прошлом для разделения пластиковых образцов использовались методы растворения. ^6,7 Раствор с концентрацией
5,8 г / 100 мл воды (примерно 3 чайные ложки NaCl / 1 стакан воды) имеет плотность, близкую к плотности кирпича. Раствор можно сделать более густым, добавив больше соли, или менее густым, добавив воды. Кирпичи более плотные, чем раствор соли, будут тонуть, менее плотные — плавать. Хлорид натрия лабораторного класса должен полностью растворяться в воде, но соль из продуктового магазина может содержать определенную долю нерастворимого вещества.Перед приготовлением раствора воду следует дегазировать (то есть кипятить), чтобы минимизировать попадание пузырьков воздуха в кирпичи или на них. Пузырьки воздуха можно удалить с кирпичей с помощью двух пипеток: одна для удерживания кирпича под водой, а другая для смывания пузырьков с самого кирпича. Один из способов продемонстрировать разницу в плотности разных кирпичей — погрузить кирпичи разных цветов в большой открытый стакан с солевым раствором. По мере того, как вода медленно испаряется, солевой раствор становится более плотным, и разные кирпичи поднимаются в разное время.

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить Университет Брэдли, Национальный научный фонд через Центр материаловедения и инженерии наноструктурированных материалов и интерфейсов (DMR-96325227), LEGO ^® Corporation и Американское химическое общество — Project SEED за щедрую поддержку. . D.J.C. Я также хотел бы поблагодарить Кэтлин Шанкс-Редер за то, что она познакомила его с вариацией пакета соевого соуса картезианского дайвера.

Примечание

1.LEGO ^® является товарным знаком группы LEGO ^® . Демонстрации и эксперименты с использованием кубиков LEGO ^® можно найти по адресу http://www.mrsec.wisc.edu/edetc/LEGO/index.html .

Список литературы

1. M. Sarquis и J. Sarquis, Fun with Chemistry, Vol. 2; Институт химического образования: Мэдисон, Висконсин, 1993; страницы 121-167.

2. J.U.S. Томпсон и К.А. Goldsby, Journal of Chemical Education, 900–30 сентября 1994 г., стр. 801.

3. К.Д. Pinkerton, Journal of Chemical Education, 900–30 февраля 2001 г., стр. 198–200B.

4. Э. Мюллер, Учитель физики , 1996, том 34, стр. 296.

5. А. Демерс, отдел обучения LEGO, Энфилд, штат Коннектикут. Личное сообщение, 2002.

6. K.E. Колб и Д. Kolb, Journal of Chemical Education, 900–30 апрель 1991 г., стр. 348.

7. Р. Брузан и Д. Бейкер, Journal of Chemical Education , май 1993 г., страницы 397-398.

Блочные конструкции LEGO® как теплоизолятор субкельвина

Экспериментальная установка показана на рис. 1. Мы исследовали модульную конструкцию из АБС-пластика, состоящую из четырех стандартных блоков LEGO (Каталожный № 3001), уложенных вертикально и установленных в корпусе Ланкастера. ³ He / ⁴ He холодильник для разбавления ² . Поскольку имеющиеся в продаже блоки LEGO отливаются с точностью σ _x ≈ 10 μ м ³ , очень легко точно воспроизвести конструкции.Блоки были полностью скреплены вместе благодаря их геометрической зажимной способности, без добавления адгезива. Пачка имела общую высоту Δ x = 40,2 мм, площадь основания a = 502 мм ² и весила 9,28 г. Соединения медных пластин на верхнем и нижнем концах конструкции были прикреплены с помощью вакуумной смазки для улучшения теплового контакта ⁴ . Нижняя медная пластина была термически соединена со смесительной камерой узла разбавления, а на верхней медной пластине были установлены 3-омный манганиновый проволочный нагреватель и калиброванный термометр сопротивления RuO ₂ .

Рисунок 1

Экспериментальная установка. Тепло \ (\ dot {Q} \) подается через манганиновый резистор 3 Ом, и T _high измеряется термометром сопротивления RuO ₂ .

После охлаждения нижняя пластина выдерживалась при T _low ≈ 4,5 мК в течение 9 дней перед проведением эксперимента. {n + 1})}, $$

(1)

, где T _high и T _low — это соответственно высокие и низкие температуры по всей конструкции.{n} dT / dx \) по высоте образца.

Поскольку во всех наших измерениях T _high намного больше, чем T _low , а n оказывается равным ~ 1,8, T _low , таким образом, можно спокойно пренебречь.

Результаты измерений для \ (\ dot {Q} \) по сравнению с T _high для модульной структуры ABS представлены на рис. 2. Метод наименьших квадратов соответствует нашим экспериментальным данным для продольной теплопроводности, дает:

$$ \ kappa = (8.{-10} \, {\ rm {W}} \) добавляется к нашему контролируемому теплу \ (\ dot {Q} \). Подбор данных по всей строке дает n = 1,75 (см. Текст).

Теплопроводность пластмассовых материалов при очень низких температурах в целом показывает T ⁿ зависимости с n в диапазоне от 1,7 до 2,4 ⁶ , и наша подгонка попадает в этот диапазон. Теплопроводность чрезвычайно анизотропной модульной структуры ABS явно будет сильно зависеть от оси измерения.

Кроме того, что важно в текущем контексте, модульная структура ABS / пустот обеспечивает на порядок меньшую теплопроводность, чем лучший объемный теплоизолятор Macor ¹ . Высокий уровень изоляции, обеспечиваемый конструкцией из АБС-пластика, скорее всего, является результатом контактного сопротивления между отдельными блоками LEGO. В качестве иллюстрации (взятой из рис. 1) приложение мощности ≈400 нВт к верхней пластине конструкции повышает температуру верхней пластины до 1 К без значительного изменения температуры нижней пластины (камеры смешения).Для сравнения, конструкция Vespel-SP22 с такой же площадью основания, что и модульная структура из АБС, должна иметь толщину стенки менее 300 мкм м для достижения такой же изоляции ⁶ . Блок LEGO «№ 3001» имеет минимальную толщину стенок 1,20 мм и, как было установлено, выдерживает ≈300 кг нагрузки в гидравлическом прессе перед разрушением. Это демонстрирует, что он механически устойчив, несмотря на пустое пространство, и выдержит любой разумный криогенный эксперимент.

Тепловое сжатие АБС при охлаждении с комнатной температуры до 4.2 K составляет 1,5% ⁷ по сравнению с 0,6% для Vespel SP-22 ⁶ . Это может быть важно для определенных приложений, но для большинства приложений более важными факторами являются низкая теплопроводность и стоимость.

www.ChemistryIsLife.com — Химия Legos

Состав …

ABS: основной пластик, используемый сегодня в Lego

• Acrylonitrile-C8H8

—

• Butadiene Styrene-C4H4
• Butadiene Styrene-C4h4 90

CA: был основным пластиком, который использовался в Lego до 1963 года

• Ацетат целлюлозы-C76h24O49

Поликарбонат: используется для изготовления эластичных деталей, таких как стержни, флажки и зажимы

1

• OC (OC6h5) 2CMe) n + 2C6H5OH

Делрин: нейлоновый вариант, из которого изготавливаются детали, похожие на ткань и нити

Основные химические вещества, соединения, компоненты

ABS Стирол : акриол C8H8) (C4H6) (C3h4N) представляет собой термопласт, состоящий из мономеров акрилонитрила, бутадиена и стирола.Мономер — это молекула, которая способна связываться с другими идентичными молекулами с образованием полимера. ABS может выдерживать предел прочности на разрыв 4300 фунтов на квадратный дюйм и обладает отличной сопротивляемостью глицерину, неорганическим солям, многим кислотам и большинству спиртов и углеводородов. В Legos акрилонитрил обеспечивает блокам отличную термостойкость, бутадиен обеспечивает хорошую ударную вязкость, а стирол обеспечивает жесткость блоков.

CA : Ацетат целлюлозы C76h24O49, представляет собой ацетатный эфир целлюлозы.CA использовался в оригинальных блоках lego, но в шестидесятых был заменен на ABS в пользу его стабильности и улучшенных цветов. Целлюлоза — это природный полимер, получаемый из волокон древесины и семян хлопка.

Роль химии

Бутадиен получают из фракции C4 парового крекинга (процесс разложения насыщенных углеводородов на более мелкие, обычно ненасыщенные углеводороды). Акрилонитрил — это синтетический мономер, производимый из пропилена (C3H6) и аммиака (Nh5).Стирол — это мономер, полученный в результате дегидратации органического соединения этилбензола (C6H5Ch3Ch4). АБС можно изготовить двумя разными способами. Первый способ изготовления АБС — растворение полибутадиена в жидких мономерах акрилонитрила и стирола, а затем полимеризация мономеров. Второй способ производства АБС — сначала приготовление полибутадиена до состояния водянистого латекса, затем добавление акрилонитрила и стирола и их сополимеризация.

Предыстория исследования

Чтобы начать создавать Lego, вы сначала начнете с ABS.АБС нагревают до достижения консистенции теста при 450 градусах Фаренгейта. Затем АБС впрыскивают в формы Lego под давлением от 25 до 150 т. Затем блоки оставляют охлаждаться в течение 10-15 секунд. Затем кирпичи проверяются на допуск до двух миллиметров, чтобы убедиться, что кирпичи остались нетронутыми. Средний кирпич 2 на 2 весит около 1,152 г и выдерживает до 4240 ньютонов. Лего могут быть собраны с большинством других Лего, сцепляясь друг с другом.Их можно построить, разобрать, а затем реконструировать во что-то новое.

Ресурсы

http://en.wikipedia.org/wiki/Lego

История лего

Краткое описание того, как они сделаны

фактов о лего

http://lego.wikia.com / wiki / Acrylonitrile_Butadiene_Styrene

производство ABS

история

http://en.wikipedia.org/wiki/Acrylonitrile_butadiene_styrene

химические формулы ABS

информация об ABS

// www

.dynalabcorp.com/technical_info_abs.asp

Устойчивость ABS

Прочность на разрыв

http://en.wikipedia.org/wiki/Polycarbonat

Информация о поликарбонате

Формула поликарбоната

http: //en.m..m.wikipedia .org / wiki / Polyoxymethylene

информация о Delrin

Formula

http://en.wikipedia.org/wiki/Cellulose_acetate

краткая информация об ацетате целлюлозы и истории

http: //pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/3084039#section=Top

формула для CA

http://en.