Back to chapter

3.3:

النماذج الجزيئية

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Molecular Models

Languages

Share

التركيب والبناء الجزئي للمادة الكيميائية،يمكن تصوره بشكل فعال وفهمه بشكل أفضل باستخدام الجزيئية ثلاثية الأبعاد كنموذج. نموذج الكرة والعصا ونموذج ملء الفراغ،هما نوعان قياسيان من النماذج الجزيئية التي تظهر الترتيب الهندسي للذرات في مركب كيميائي. هذه النماذج مبنية إما كأشياء مادية،مصنوعة من البلاستيك أو الخشب،أو محاكاة الكمبيوتر الافتراضية.يستخدم نموذج الكرة والعصا الأجسام الكروية أو الكرات لتصوير الذرات. العصي أو القضبان التي تربط الكرات تمثل الروابط الكيميائية والزاوية بين القضبان تطابق زاوية الرابطة داخل المركب الفعلي. إثنان أو ثلاثة قضبان تمثل عادة الروابط المزدوجة والثلاثية،على التوالي.المسافة بين مراكز كل كرة تتناسب مع المسافة الحقيقية بين النوى الذرية المتقابلة. الكرات عادة ما تكون مشفرة بالألوان لتمييز ذرات العناصر المختلفة. تم تعيين الألوان لتتوافق مع اتفاقية التلوين CPK الاتفاقية التي قدمها الكيميائيون روبرت كوري،لينوس بولينج،و والتر كولتن.مثلا،الكرات البيض والسود والحمراء تمثل الهيدروجين والكربون وذرات الأكسجين،على التوالي. نموذج ملئ الفراغ أكثر واقعية ويستخدم الفراغ بالحجم الكامل لتمثيل الذرات. لكن الكرات تخفي الروابط الكيميائية وزوايا الروابط الموجودة بين الذرات.تكون الكرات متناسبة مع الأحجام النسبية للذرات وتوفر رؤية واضحة للمظهر الفعلي والمساحة التي تشغلها كل ذرة،إذا تم تغيير المقياس إلى الحجم المرئي. رموز الألوان المستخدمة في نموذج ملئ الفراغ تتبع أيضًا اتفاقية التلوين CPK.

3.3:

النماذج الجزيئية

تلعب النماذج الفيزيائية التي تمثل البنى الجزيئية للمركبات الكيميائية دوراً أساسياً في فهم الكيمياء. ويسهل استخدام النماذج الجزيئية تصوّر هياكل وأشكال الذرات والجزيئات.

النموذج الهيكلي

يتم إنجاز تمثيلات مبسطة ثنائية الأبعاد للمركبات الكيميائية باستخدام النماذج الهيكلية. يوضح الرسم التوضيحي فقط الإطار الجزيئي أو الروابط دون إظهار الذرات صراحة. في هذا التمثيل، لا يتم عرض العديد من ذرات الكربون وذرات الهيدروجين بشكل صريح. ومع ذلك، فإن مواقع الذرّات تكون ضمنية من خلال التقاطعات أو نهايات الروابط. يساعد هذا النموذج في تمثيل تراكيب كيميائية أكبر وأكثر تعقيداً.

نموذج الكرة والعصا

نماذج الكرة والعصا هي نماذج ثلاثية الأبعاد، حيث يتم تصوير الذرات على أنها كرات أو مجسمات كروية مرمّزة بألوان، خاصة بعناصر مختلفة. يتم تمثيل الروابط الكيميائية التي تربط الذرات بقضبان ليسهل تصوّرها. عند القيام بذلك، يتم جعل أحجام الكرات أصغر نسبياً، وبالتالي المساومة على الارتباط النسبي مع الحجم الذري الفعلي. ومع ذلك، فإن نموذج الكرة والعصا يحدد الزوايا بين الذرات، ويصوًر بوضوح الهندسة الجزيئية للبنى البسيطة إلى الأكثر تعقيداً مقارنةً بالنماذج الجزيئية الأخرى.

النموذج المالئ للفراغ

تعد النماذج التي تملأ الفراغ أكثر واقعية ، حيث يتم تكبير حجم الذرات لملء الفراغ بين بعضها البعض. يتم تحديد حجم وموضع الذرّة في هذا النموذج من خلال خصائص الترابط الخاصة بها ونصف قطر فان ديرفالس، أو مسافة التلامس. يصف نصف قطر فان ديرفالس مدى قرب ذرتين من بعضهما البعض عندما لا تربطهما رابطة تساهمية. توضح المجالات في هذا النموذج المساحة النسبية التي تشغلها كل ذرة داخل مركب، في حين أن الزوايا  بين الذرّات غير مرئية بوضوح 

تم تصميم اتفاقية التلوين CPK لأول مرة بواسطة الكيميائيين روبرت كوري و لينوس باولنغ ، ثم تم تحسينها لاحقًا بواسطة والتر كولتون، حيث تحدد اتفاقية التلوين CPK ألواناً معينة لذرات كل عنصر. على سبيل المثال، وفقاً لاتفاقية CPK، جميع ذرات الهيدروجين ملونة باللون الأبيض، وذرات الكربون سوداء، وذرات النيتروجين زرقاء، وذرات الأكسجين حمراء، وذرات الكبريت صفراء داكنة، وذرات الفوسفور أرجوانية. يتم تمثيل المعادن القلوية الترابية باللون الأخضر الداكن، ويتم الإشارة إلى المعادن القلوية باللون البنفسجي.

كمثال، يمكن تمثيل النماذج الجزيئية المختلفة لحمض الخليك (CH 3 COOH) بالطرق التالية:

Image1Image2Image3
Skeletal modelBall-and-stick modelSpace-filling model

 

هذا النص مقتبس من: Openstax, Chemistry 2e, Section 2.4: Chemical Formulas.

Suggested Reading

  1. Berg, Jeremy M. “Appendix: Depicting Molecular Structures.” Biochemistry. 5th edition. U.S. National Library of Medicine, January 1, 1970.