Chapter 3: Molecules, Compounds, and Chemical Equations

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3.3:

Modelli molecolari

JoVE Core
Chimica

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Molecular Models

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La composizione e l’architettura molecolare di una sostanza chimica possono essere visualizzate in modo efficace, e meglio comprese, utilizzando modelli molecolari tridimensionali. Il modello ad asta e sfera e quello di riempimento dello spazio sono due tipi standard di modelli molecolari che mostrano la disposizione geometrica degli atomi in un composto chimico. Questi modelli sono costruiti come oggetti fisici, in plastica o legno, o come simulazioni virtuali al computer.Il modello ad asta e sfera utilizza sfere per rappresentare gli atomi. I bastoncini o le aste che collegano le sfere rappresentano i legami chimici, e l’angolo tra essi corrisponde all’angolo di legame all’interno del composto reale. Due o tre aste, tipicamente, rappresentano rispettivamente legami doppi e tripli.La distanza fra i centri di ciascuna sfera è proporzionale alla distanza esatta fra i nuclei atomici corrispondenti. Le sfere sono tipicamente codificate a colori per distinguere gli atomi di diversi elementi. I colori sono assegnati per rispettare la convenzione di colorazione CPK introdotta dai chimici Robert Corey, Linus Pauling e Walter Koltun.Per esempio, le sfere bianche, nere e rosse rappresentano rispettivamente gli atomi di idrogeno, carbonio e ossigeno. Il modello di riempimento dello spazio è più realistico e utilizza sfere a grandezza naturale per rappresentare gli atomi. Le sfere, tuttavia, mascherano i legami chimici e gli angoli di legame presenti tra gli atomi.Le sfere sono proporzionate alle dimensioni relative degli atomi e forniscono una visione chiara dell’aspetto effettivo e dello spazio occupato da ciascun atomo se ridimensionato alla dimensione visibile. Anche i codici dei colori utilizzati in questo modello di riempimento dello spazio seguono la convenzione di colorazione CPK.

3.3:

Modelli molecolari

I modelli fisici che rappresentano architetture molecolari di composti chimici svolgono un ruolo essenziale nella comprensione della chimica. L’uso di modelli molecolari rende più facile visualizzare le strutture e le forme di atomi e molecole.

Modello scheletrico

Rappresentazioni bidimensionali più semplici di composti chimici vengono eseguite utilizzando modelli scheletrici. L’illustrazione mostra solo la struttura molecolare o i legami senza mostrare esplicitamente gli atomi. In questa rappresentazione, molti degli atomi di carbonio e degli atomi di idrogeno non sono esplicitamente mostrati. Tuttavia, le posizioni degli atomi sono implicite nelle giunzioni o nelle estremità dei legami. Questo modello aiuta a rappresentare strutture chimiche più grandi e complesse.

Modello a sfera e bastone

I modelli a sfera e bastone sono modelli tridimensionali, in cui gli atomi sono raffigurati come sfere o sfere codificate a colori, specifiche per diversi elementi. I legami chimici che collegano gli atomi sono rappresentati da aste e sono più facili da visualizzare. In questo modo, le dimensioni delle sfere sono rese relativamente più piccole, compromettendo così la correlazione proporzionale con la dimensione atomica effettiva. Tuttavia, il modello a sfera definisce gli angoli tra gli atomi, descrivendo chiaramente la geometria molecolare di strutture da semplici a più complesse rispetto ad altri modelli molecolari.

Modello di riempimento dello spazio

I modelli di riempimento dello spazio sono più realistici, dove gli atomi sono scalati in dimensioni per riempire lo spazio tra loro. Le dimensioni e la posizione di un atomo in questo modello sono determinate dalle sue proprietà di legame e dal raggio di van der Waals, o distanza di contatto. Il raggio di van der Waals descrive quanto due atomi possano avvicinarsi l’uno all’altro quando un legame covalente non li collega. Le sfere di questo modello illustrano lo spazio relativo occupato da ogni atomo all’interno di un composto, mentre gli angoli tra gli atomi non sono chiaramente visibili

Progettata per la prima volta dai chimici Robert Corey e Linus Pauling, e successivamente migliorata da Walter Koltun, la convenzione di colorazione CPK designa colori specifici per gli atomi di ogni elemento. Ad esempio, secondo la convenzione CPK, tutti gli atomi di idrogeno sono colorati di bianco, gli atomi di carbonio sono neri, gli atomi di azoto sono blu, gli atomi di ossigeno sono rossi, gli atomi di zolfo sono gialli profondi e gli atomi di fosforo sono viola. I metalli alcalini della terra sono rappresentati dal verde scuro e i metalli alcalini sono indicati dal viola.

Ad esempio, diversi modelli molecolari di acido acetico (CH₃COOH) possono essere rappresentati nei seguenti modi:


Modello scheletrico	Modello a sfera e bastone	Modello di riempimento dello spazio

Questo testo è apted da: Openstax, Chimica 2e, Sezione 2.4: Formule chimiche.

Suggested Reading

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