2.6: Molecular Shapes
2.6: Molekulare Formen
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.
Überblick
Die Form eines Moleküls trägt zu seiner Funktion und zu seinen Wechselwirkungen mit anderen Molekülen bei. Im Laufe der Jahre wurden viele verschiedene Modelle für die Visualisierung von Molekülen entwickelt.
Zwei-dimensionale Darstellung von Molekülen
Die Lewis-Struktur wurden von Gilbert Newton Lewis entwickelt. Veröffentlicht hat dieser jene Strukturen zuerst in seiner Arbeit “The Atom and the Molecule” im Jahr 1916. Lewis-Strukturen verwenden die chemischen Symbole für die jeweiligen Elemente. Linien, welche diese Elemente verbinden, stellen kovalente Bindungen dar. Punktpaare zeigen Paare von Elektronen, die an keiner Bindung beteiligt sind.
Die Bindungslinienstruktur ist eine einfachere Art, organische (kohlenstoffbasierte) Moleküle zu visualisieren, als die Lewis-Struktur. In den Bindungslinienstrukturen werden Kohlenstoff -und Wasserstoffatome überall dort angenommen, wo eine Linie endet oder sich in einem Winkel biegt. Sie werden nicht noch einmal explizit visualisiert. Sie sind besonders nützlich für die Modellierung größerer Moleküle, die große Mengen an Kohlenstoff und Wasserstoff oder sehr lange Kohlenwasserstoffketten enthalten, wie sie in der organischen Chemie und Biochemie häufig vorkommen.
Dreidimensionale Darstellung von Molekülen
2D-Modelle sind nützlich, um grundlegende molekulare Strukturen verstehen zu können. Um jedoch vorhersagen zu können, wie Moleküle miteinander und mit anderen Substanzen interagieren, ist es wichtig zu verstehen, wie diese Moleküle im dreidimensionalen Raum aussehen. Kugel -und Stabmodelle zeigen die 3D-Beziehungen zwischen den Atomen innerhalb eines Moleküls.
Raumfüllende Modelle führen das Konzept der Kugel -und Stabmodelle weiter und ermöglichen eine genauere 3D-Ansicht von Molekülen. Sie stellen Atome so dar, dass das Verhältnis der Atomradien beibehalten wird. Anstatt Linien zwischen den Atomen zur Darstellung von Bindungen zu verwenden, zeigt die Nähe der Kugeln zueinander die Bindungsstärke an. Atome mit stärkeren Bindungen, wie z.B. Doppelbindungen, werden durch Kugeln dargestellt, die sich stärker überlappen. Kugeln die sich weniger überlappen repräsentieren schwächer gebundene Atome. Eine Beschriftung der Atome mit ihren chemischen Symbolen ist im Allgemeinen nicht notwendig. Sowohl raumfüllende als auch Kugel -und Stabmodelle verwenden standardisierte Farben, um Atome verschiedener Elemente darzustellen. Rot steht für Sauerstoff, Schwarz für Kohlenstoff und Weiß für Wasserstoff. Andere Elemente, die üblicherweise kovalente Bindungen eingehen werden ebenfalls durch jeweilige spezifische Farben angezeigt. Zu ihnen gehören Stickstoff, Schwefel, Phosphor, Chlor, Fluor und Brom.
