概要

分子の形は、その機能と他の分子との相互作用に寄与します。長年にわたり、分子を視覚的に描写するため多くの異なるモデルが開発されてきました。

分子の 2 次元描写

ルイス構造式はギルバート・ニュートン・ルイスによって開発され、1916 年に論文「原子と分子」にてこれら構造式は最初に出版されました。ルイス構造式は元素に元素記号を使用します。元素をつなぐ線は共有結合を表し、点のペアは結合に関与しない電子のペアを表します。

構造式は、有機（炭素を含む）分子を視覚化するルイス構造より簡単な方法です。構造式では、炭素原子と水素原子が、はっきり描画されるのでなく、直線が終了している箇所や、ある角度で曲がる箇所などどこにでも存在すると認識されます。構造式は、有機化学や生化学で一般的に見られるような、大量の炭素と水素や非常に長い炭化水素鎖を含む大きな分子模型に、特に役立ちます。

分子の 3 次元描写

2D模型は、基本的な分子構造の理解に役立ちます。しかし、分子がお互い、また他の物質とどのように相互作用するか予測するためには、分子がどのように 3 次元空間に存在するか理解することが重要になります。球棒モデルは、分子内にある原子間の3次元的結びつきを示します。

空間充填モデルは、球棒モデルの概念をさらに進め、原子の半径の比率を維持する方法で原子を描画することで、分子をより正確に 3次元的に描写します。原子間の線を使って結合を表現するのではなく、球同士の接近度が結合強度を表します。二重結合のような強い結合を持つ原子は、弱い結合原子を表す球よりも多く重なり合う球で表されます。通常、原子に元素記号を付ける必要はありません。なぜなら、空間充填や球、棒の全てで、異なる元素の原子を表すのに標準化された色を使用するためです。赤は酸素を、黒は炭素を、白は水素を表します。窒素、硫黄、リン、塩素、 フッ素、臭素など共有結合を形成する他の元素も、同様に特定の色で表されます。