Molecuulmodel
Eenmolecuulmodelis eenschaalmodeldat een sterk vergroteruimtelijke voorstellinggeeft van eenmolecuul.Het is een belangrijk concept in descheikundeenbiochemie.Molecuulmodellen kunnen van fysieke materialen worden vervaardigd uit plastic, metaal, hout of glas en vormen veelal een vereenvoudigde weergave van een molecuul. Zo wordenbindingenvoorgesteld aan het hand van staafjes en zijn de atomen meestal bolvormig, met iederelementeen bepaalde kleur.
Met de toenemende informatisering heeft ook het begrip molecuulmodellering zijn intrede gedaan. Visualisatieprogramma's, zoalsChemSketchenChemDraw,zijn in staat om van een vlakke structuurformule een computergebaseerd molecuulmodel te maken. Ball-en-stick-modellen vormen de belangrijkste wijze om moleculen computationeel weer te geven.
Geschiedenis
[bewerken|brontekst bewerken]Reeds in de17de eeuwspeculeerdeJohannes Keplerover de symmetrie vanijskristallenen over dedichtst mogelijke opeenstapelingvan ronde objecten. Dit laatste vormde de basis voor theorieën uit dekristallografieenvastestoffysicaomtrent de moleculaire structuur van stoffen op het einde van de19e eeuw.
John Daltonstelde chemische verbindingen voor als samenklonteringen van bolvormige atomen enJohann Josef Loschmidttekende figuren en schetsen van atomen en moleculen, gebaseerd op cirkels. Deze vormden de basis voor latere moleculaire voorstellingen. De eerste die een echt moleculair model zou hebben gemaakt, isAugust Wilhelm von Hofmann.Hij maakte rond1860een model van een moleculemethaan(CH4). Uiteraard liep hier nog een aantal dingen verkeerd, zoals de relatieve grootte van de atomen (hetwaterstofatoomis kleiner dan hetkoolstofatoom) en de geometrische structuur (in werkelijkheid eentetraëderin plaats van eenvierkant).
Rond1874introduceerdenJacobus van 't HoffenJoseph Achille Le Belonafhankelijk van elkaar het concept vanstereochemiein3 dimensies,waarmee ook moleculen en hunisomerenruimtelijk werden voorgesteld.
Ball-and-stick-modellen
[bewerken|brontekst bewerken]
De meeste molecuulmodellen zijn gebaseerd op een zogenaamdball-and-stick-principe. Hierbij worden de atomen als bollen en de bindingen als staafjes voorgesteld. Dit zijn de meest voorkomende molecuulmodellen en ze worden wereldwijd gebruikt om moleculen ruimtelijk voor te stellen.
Aanvankelijk waren dergelijke modellen zeer rigide en kon men bijvoorbeeld geendrievoudige bindingenof ringen met een hogeringspanningvoorstellen. Later werden de bindingen buigzamer, waardoor dit probleem werd verholpen.
Om een onderscheid te maken tussen de verschillende atomen, krijgen ze elk een kleur. Hieronder staan de meestgebruikte kleuren van atomen of atoomgroepen in molecuulmodellen:
| Atoom | Kleur |
|---|---|
| Waterstof | Wit |
| Koolstof | Zwart |
| Zuurstof | Rood |
| Stikstof | Blauw |
| Fosfor | Oranje |
| Zwavel | Donkergeel |
| Fluor | Lichtgeel/lichtgroen/lichtblauw |
| Chloor | Groen |
| Broom | Donkerrood |
| Jood | Paars |
| Titanium | Grijs |
| Alkalimetalen | Violet of oranje |
| Aardalkalimetalen | Donkergroen |
| Boor enovergangsmetalen | Zalmroze |
| Edelgassen | Cyaan |
Ontdekkingen en ontwikkelingen
[bewerken|brontekst bewerken]Heel wat belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen vinden hun oorsprong in molecuulmodellen, die meestal nieuwe inzichten boden in de ruimtelijke structuur van moleculen. Hieronder volgt een klein overzicht:
| Ontdekker(s) | Datum | Technologie | Ontdekking of ontwikkeling |
|---|---|---|---|
| Johannes Kepler | 15e eeuw | Symmetrie van ijskristallen en dichtste opeenstapeling van bolvormige objecten | |
| August Wilhelm von Hofmann | 1860 | Hout en metaal | Eerste ruimtelijke model (methaan) |
| Johann Josef Loschmidt | 1861 | Tekeningen (schetsen) | Voorstelling van atomen via cirkels in zijn boekChemische Studien |
| Jacobus van 't Hoff | ca.1873 | Papier | Tetraëdrische voorstelling van koolstofverbindingen en ontwikkeling van stereochemie |
| John Desmond Bernal | Plasticine en staafjes | Model vanwater | |
| Robert Corey,Linus PaulingenWalter Koltun | Allerhande moleculaire structuren (waaronderα-helices) | ||
| James WatsonenFrancis Crick | 1953 | Röntgendiffractie | Moleculaire structuur vanDNA |
| John KendrewenMax Perutz | 1958 | Röntgendiffractie | Moleculaire structuur vanmyoglobine |