Back to chapter

3.3:

Molecuulmodellen

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

De samenstelling en moleculaire architectuur van een chemische stof kunnen effectief worden gevisualiseerd en beter worden begrepen door driedimensionale moleculaire modellen te gebruiken. Het ball-and-stick-model en het ruimtevullende model zijn twee standaardtypen moleculaire modellen die de geometrische rangschikking van atomen in een chemische verbinding laten zien. Deze modellen zijn gebouwd als fysieke objecten, gemaakt van plastic of hout, of als virtuele computersimulaties.Het ball-and-stick-model gebruikt bollen of ballen om atomen af te beelden. Stokken of staven die de bollen verbinden, vertegenwoordigen de chemische bindingen en de hoek tussen de staven komt overeen met de bindingshoek binnen de eigenlijke verbinding. Twee of drie staven vertegenwoordigen respectievelijk dubbele en drievoudige bindingen.De afstand tussen de middelpunten van elke bal is evenredig met de exacte afstand tussen de overeenkomstige atoomkernen. De ballen hebben meestal een kleurcode om atomen van verschillende elementen te onderscheiden. De kleuren zijn toegewezen om te voldoen aan de CPK-kleurconventie die is geïntroduceerd door de chemici Robert Corey, Linus Pauling en Walter Koltun.Witte, zwarte en rode ballen vertegenwoordigen bijvoorbeeld respectievelijk waterstof-koolstof-en zuurstofatomen. Het ruimtevullende model is realistischer en maakt gebruik van bollen van volledige grootte om de atomen weer te geven. De bollen maskeren echter de chemische bindingen en de bindingshoeken die tussen de atomen aanwezig zijn.De bollen zijn proportioneel gemaakt met de relatieve afmetingen van atomen en geven een duidelijk inzicht over het werkelijke uiterlijk en de ruimte die door elk atoom wordt ingenomen, indien geschaald naar zichtbare grootte. De kleurcodes die in dit ruimtevullende model worden gebruikt, volgen ook de CPK-kleurconventie.

3.3:

Molecuulmodellen

Physical models representing molecular architectures of chemical compounds play essential roles in understanding chemistry. The use of molecular models makes it easier to visualize the structures and shapes of atoms and molecules.

Skeletal Model

Simpler two-dimensional representations of chemical compounds are accomplished using skeletal models. The illustration shows only the molecular framework or bonds without explicitly showing the atoms. In this representation, many of the carbon atoms and hydrogen atoms are not explicitly shown. However, the positions of atoms are implied by the junctions or ends of the bonds. This model helps to represent larger and more complex chemical structures.

Ball-and-stick Model

Ball-and-stick models are three-dimensional models, where the atoms are depicted as color-coded balls or spheres, specific to different elements. The chemical bonds that connect the atoms are represented by rods and are easier to visualize. In doing so, the sizes of the balls are made relatively smaller, thereby compromising on the proportional correlation with the actual atomic size. Yet, the ball-and-stick model defines the angles between atoms, clearly depicting the molecular geometry of simple to more complex structures as compared to other molecular models.

Space-filling Model

Space-filling models are most realistic, where the atoms are scaled up in size to fill the space between each other. The size and position of an atom in this model are determined by its bonding properties and van der Waals radius, or contact distance. The van der Waals radius describes how closely two atoms can approach each other when a covalent bond does not link them. The spheres in this model illustrate the relative space occupied by each atom within a compound, while the angles  between atoms are not clearly visible 

First designed by chemists Robert Corey and Linus Pauling, and later improved by Walter Koltun, the CPK coloring convention designates specific colors to atoms of each element. For example, according to the CPK convention, all hydrogen atoms are colored white, carbon atoms are black, nitrogen atoms are blue, oxygen atoms are red, sulfur atoms are deep yellow, and phosphorus atoms are purple. Alkaline earth metals are represented by dark green, and alkali metals are indicated by violet.

As an example, different molecular models of acetic acid (CH3COOH) can be represented in the following ways:

Image1 Image2 Image3
Skeletal model Ball-and-stick model Space-filling model

 

This text is adpted from: 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.