3.3: Modèles moléculaires

Les modèles physiques représentant les architectures moléculaires des composés chimiques jouent un rôle essentiel dans la compréhension de la chimie. L'utilisation de modèles moléculaires facilite la visualisation des structures et des formes des atomes et molécules.

Modèle du squelette

Des représentations bidimensionnelles plus simples des composés chimiques sont réalisées à l'aide des modèles du squelette. L'illustration montre uniquement la construction moléculaire ou les liaisons, sans montrer les atomes de façon explicite. Dans cette représentation, de nombreux atomes de carbone et d'hydrogène ne sont pas explicitement représentés. Cependant, les positions des atomes sont implicites par les jonctions ou les extrémités des liaisons. Ce modèle permet de représenter des structures chimiques plus grandes et plus complexes.

Modèle des sphères et bâtonnets

Les modèles des sphères et des bâtonnets sont des modèles tridimensionnels, où les atomes sont représentés sous forme de sphères ou de boules grâce à un code de couleurs spécifiques aux différents éléments. Les liaisons chimiques qui relient les atomes sont représentées par des bâtons et sont plus faciles à visualiser. Ce faisant, les tailles des sphères sont relativement plus petites, compromettant ainsi la corrélation proportionnelle avec la taille atomique réelle. Pourtant, le modèle sphères-bâtonnets définit les angles entre les atomes, décrivant clairement la géométrie moléculaire de structures simples et plus complexes par rapport à d'autres modèles moléculaires.

Modèle compact

Les modèles compacts sont plus réalistes, dans lesquels les atomes sont mis à l'échelle pour remplir l'espace qu'il y a entre eux. La taille et la position d'un atome dans ce modèle sont déterminées par ses propriétés de liaison et son rayon de van der Waals, soit la distance de contact. Le rayon de van der Waals décrit la proximité entre deux atomes lorsqu'une liaison covalente ne les lie pas. Les sphères de ce modèle illustrent l'espace relatif occupé par chaque atome à l'intérieur d'un composé, alors que les angles  entre les atomes ne sont pas clairement visibles .

Conçue d'abord par les chimistes Robert Corey et Linus Pauling, puis améliorée par Walter Koltun, la convention de coloration CPK attribue des couleurs spécifiques aux atomes de chaque élément. Par exemple, selon la convention CPK, tous les atomes d'hydrogène sont de couleur blanche, les atomes de carbone sont noirs, les atomes d'azote sont bleus, les atomes d'oxygène sont rouges, les atomes de soufre sont jaune profond et les atomes de phosphore sont violets. Les métaux alcalino-terreux sont représentés par du vert foncé et les métaux alcalins par du pourpre.

Par exemple, différents modèles moléculaires de l'acide acétique (CH₃COOH) peuvent être représentés de la manière suivante :

Modèle du squelette	Modèle des sphères et bâtonnets	Modèle compact

Ce texte est extrait de: Openstax, Chimie 2e, Section 2.4 : Formules chimiques.

La composition et l'architecture moléculaire d'une substance chimique peuvent être visualisées efficacement et mieux comprises à l'aide de modèles moléculaires tridimensionnels. Le modèle de balle et de bâton et le modèle de remplissage de l'espace sont deux types standard de modèles moléculaires qui montrent la disposition géométrique des atomes dans un composé chimique. Ces modèles sont construits comme des objets physiques, en plastique ou en bois, ou des simulations informatiques virtuelles.

Le modèle ball-and-stick utilise des sphères ou des boules pour représenter les atomes. Les bâtons ou les tiges reliant les sphères représentent les liaisons chimiques, et l'angle entre les tiges correspond à l'angle de liaison dans le composé réel. Deux ou trois tiges représentent généralement des liaisons doubles et triples, respectivement.

La distance entre les centres de chaque balle est proportionnelle à la distance exacte entre les noyaux atomiques. Les boules sont généralement codées par couleur pour distinguer les atomes de différents éléments. Les couleurs sont attribuées pour se conformer à la convention de coloration CPK introduite par les chimistes Robert Corey, Linus Pauling et Walter Koltun.

Par exemple, les boules blanches, noires et rouges représentent respectivement des atomes d'hydrogène, de carbone et d'oxygène. Le modèle de remplissage de l'espace est plus réaliste et utilise des sphères de taille réelle pour représenter les atomes. Les sphères, cependant, masquent les liaisons chimiques et les angles de liaison présents entre les atomes.

Les sphères sont proportionnées aux tailles relatives des atomes et fournissent un aperçu clair de l'apparence réelle et de l'espace occupé par chaque atome si elles sont mises à l'échelle à la taille visible. Les codes de couleur utilisés dans ce modèle de remplissage d'espace suivent également la convention de coloration CPK.