2.6: Молекулярные формы

Обзор

Форма молекулы способствует ее функции и взаимодействию с другими молекулами. На протяжении многих лет, различные модели были разработаны для визуального представления молекул.

Двухмерные представления молекул

Структуры Льюиса были разработаны Гилбертом Ньютоном Льюисом, который впервые опубликовал эти структуры в своей статье «Атом и молекула» в 1916 году. Структуры Льюиса используют химические символы для элементов. Линии, связывающие элементы, представляют собой ковалентные связи, а пары точек представляют собой пары электронов, которые не участвуют в связи.

Структура линии связи — это более простой способ визуализации органических (углеродных) молекул, чем структура Льюиса. В структурах линии связи подразумевается, что атомы углерода и водорода существуют в любом месте, где линия завершается или изгибается под углом, а не явно нарисована. Структуры линии связи особенно полезны для моделирования более крупных молекул, содержащих большое количество атомов углерода и водорода, или для очень длинных углеводородных цепей, таких как те, которые обычно встречаются в органической химии и биохимии.

Трехмерные представления молекул

2D-модели полезны для понимания основных молекулярных структур. Однако, чтобы предсказать, как молекулы будут взаимодействовать друг с другом и с другими веществами, важно понять, как молекулы существуют в трехмерном пространстве. Шаростержневые модели показывают 3D-отношения между атомами внутри молекулы.

Модели заполнения пространства развивают концепцию шаростержневой модели, обеспечивая более точный 3D-вид молекул, изображая атомы таким образом, чтобы сохранять соотношение атомных радиусов. Вместо того, чтобы использовать линии между атомами для представления связей, близость сфер друг к другу указывает на силу связи. Атомы с более сильными связями, такими как двойные связи, представлены сферами, которые перекрываются больше, чем сферы, представляющие более слабо связаны атомы. Маркировка атомов их химическими символами, как правило, не является необходимой, потому что модели заполнения пространства и шаростержневые модели используют стандартизированные цвета для представления атомов различных элементов. Красный цвет представляет кислород, черный - углерод, а белый - водород. Другие элементы, которые обычно образуют ковалентные соединения, в том числе азот, сера, фосфор, хлор, фтор и бром, также обозначены конкретными цветами.

Одна и та же молекула может быть изображена с помощью разных структурных схем, чтобы выделить специфические функции. Наиболее распространённая модель называется точечной структурой Льюиса. Двумерное представление, которое отмечает атомы их химическим символом, а электронные связи между ними линиями.

Точки обозначают все неподелённые пары электронов. Структуры линий связи упрощены путём удаления углеродов и водородов. Их присутствие подразумевается у углов связей.

Такое представление может быть полезным в органической химии, где многие молекулы имеют длинные углеродные цепи или кольцевые структуры. Более точное расположение шаростержневая модель, Трёхмерная интерпретация, в которой атомы представлены цветными сферами, а связи между ними стержнями. В этом случае углы связи и их относительное расположение в пространстве легко визуализируются.

Аналогичным образом, в объёмных моделях, сохраняется цветовая кодировка атомов, Но размер отдельных трёхмерных атомов теперь представляет их относительные атомные радиусы. Связи между атомами показаны близостью одной молекулы к другой.