2.6: Molecular Shapes
2.6: Formes moléculaires
Overview
The shape of a molecule contributes to its function and its interactions with other molecules. Over the years, many different models have been developed for the visual representation of molecules.
Two-Dimensional Representations of Molecules
Lewis structures were developed by Gilbert Newton Lewis, who first published these structures in his paper “The Atom and the Molecule” in 1916. Lewis structures use the chemical symbols for elements. Lines linking elements represent covalent bonds, and pairs of dots represent pairs of electrons that do not participate in a bond.
The bond line structure is a simpler way to visualize organic (carbon-based) molecules than the Lewis structure. In bond line structures, carbon and hydrogen atoms are understood to exist anywhere that a line terminates or bends at an angle, rather than being explicitly drawn. Bond line structures are especially useful for modeling larger molecules that contain large amounts of carbon and hydrogen or very long hydrocarbon chains, such as those commonly encountered in organic chemistry and biochemistry.
Three-Dimensional Representations of Molecules
2D models are useful for understanding basic molecular structures. However, to predict how molecules will interact with one another and with other substances, it is important to understand how molecules exist in three-dimensional space. Ball and stick models show 3D relationships between atoms within a molecule.
Space-filling models take the concept of ball and stick models further, providing a more accurate 3D view of molecules by depicting atoms in a way that maintains the ratio of atomic radii. Rather than using lines between atoms to represent bonds, the proximity of spheres to one another indicates bond strength. Atoms with stronger bonds, such as double bonds, are represented by spheres that overlap more than spheres representing more weakly-bonded atoms. Labeling atoms with their chemical symbols is generally not necessary, because space-filling and ball and stick models both use standardized colors to represent atoms of different elements. Red represents oxygen, black is carbon, and white is hydrogen. Other elements that commonly form covalent compounds, including nitrogen, sulfur, phosphorus, chlorine, fluorine, and bromine, are indicated by specific colors as well.
Aperçu
La forme d’une molécule contribue à sa fonction et à ses interactions avec d’autres molécules. Au fil des ans, de nombreux modèles différents ont été développés pour la représentation visuelle des molécules.
Représentations bidimensionnelles des molécules
Les structures de Lewis ont été développées par Gilbert Newton Lewis, qui a publié ces structures pour la première fois dans son article « L’atome et la molécule » en 1916. Les structures Lewis utilisent les symboles chimiques pour les éléments. Les lignes reliant les éléments représentent des liaisons covalentes, et les paires de points représentent des paires d’électrons qui ne participent pas à une liaison.
La structure de la ligne de liaison est un moyen plus simple de visualiser les molécules organiques (à base de carbone) que la structure Lewis. Dans les structures de la lignée des liaisons, on entend que les atomes de carbone et d’hydrogène existent partout où une ligne se termine ou se plie à un angle, plutôt que d’être explicitement dessinés. Les structures de la ligne d’obligations sont particulièrement utiles pour modéliser de plus grandes molécules qui contiennent de grandes quantités de carbone et d’hydrogène ou de très longues chaînes d’hydrocarbures, comme celles couramment rencontrées en chimie organique et biochimie.
Représentations tridimensionnelles des molécules
Les modèles 2D sont utiles pour comprendre les structures moléculaires de base. Cependant, pour prédire comment les molécules interagiront les unes avec les autres et avec d’autres substances, il est important de comprendre comment les molécules existent dans l’espace tridimensionnel. Les modèles de balles et de bâtons montrent des relations 3D entre les atomes au sein d’une molécule.
Les modèles de remplissage de l’espace prennent le concept de modèles de balle et de bâton plus loin, fournissant une vue 3D plus précise des molécules en dépeignant des atomes d’une manière qui maintient le rapport des rayons atomiques. Plutôt que d’utiliser des lignes entre les atomes pour représenter les liaisons, la proximité des sphères les unes aux autres indique la force des liaisons. Les atomes avec des liaisons plus fortes, telles que les liaisons doubles, sont représentés par des sphères qui se chevauchent plus que des sphères représentant des atomes plus faiblement liés. L’étiquetage des atomes avec leurs symboles chimiques n’est généralement pas nécessaire, parce que le remplissage de l’espace et les modèles de balle et de bâton utilisent des couleurs normalisées pour représenter des atomes de différents éléments. Le rouge représente l’oxygène, le noir est le carbone, et le blanc est l’hydrogène. D’autres éléments qui forment généralement des composés covalents, y compris l’azote, le soufre, le phosphore, le chlore, le fluor et le brome, sont également indiqués par des couleurs spécifiques.
