化学化合物の分子構造を表す物理モデルは、化学を理解する上で重要な役割を果たします。 分子モデルを使用することで、原子や分子の構造や形状を容易に視覚化できます。

骨格モデル

化学化合物の単純な 2 次元表現は、分子骨格モデルを使用して実現されています。 イラストは、原子を明示的に表示せずに分子の構造式または結合のみを示しています。 このイラストでは、炭素原子と水素原子の多くは明示的には示されていません。 ただし、原子の位置は結合の結合点または終端によって暗黙的に決定されます。 このモデルは、より大きく複雑な化学構造を表すのに役立ちます。

棒球モデル

棒球モデルは 3 次元モデルで、原子は異なる元素に固有の色分けされたボールまたは球として表されます。 原子を結合する化学結合は棒で表され、視覚化が容易です。 そのため、球のサイズは比較的小さくなり、実際の原子サイズとの比例関係は損なわれます。 しかし、棒球モデルは原子間の角度を定義し、他の分子モデルと比較して単純構造から複雑な構造の分子形状を明確に表現します。

空間充填モデル

空間充填モデルは最も現実的であり、原子間のスペースを埋めるためにサイズが拡大されます。 このモデルの原子のサイズと位置は、結合特性とファンデル・ワールス半径、または接触距離によって決まります。ファンデル・ワールス半径は、２つの原子が共有結合で結ばれていない場合に、どの程度互いに接近できるかを表しています。 このモデルの球体は、化合物内の各原子が占める相対的な空間を示していますが、原子間の角度は明確には見えません。  

最初に化学者 ロバート・コリー とライナス・ポーリングが設計し、その後 ウォルター・コルタンが改良した CPK カラーリング規則は、各元素の原子に特定の色を指定します。 たとえば、 CPK の規則によると、すべての水素原子は白、炭素原子は黒、窒素原子は青、酸素原子は赤、硫黄原子は濃い黄色、リン原子は紫です。 アルカリ土類金属は濃い緑、アルカリ金属は紫で表示されます。

たとえば、酢酸（ CH₃COOH ）のさまざまな分子モデルは、次のように表現できます。

骨格モデル	棒球モデル	空間充填モデル

 

このテキストは 、 Openstax, Chemistry 2e, Section 2.4: Chemical Formulas から引用しています。