Πρότυπο σφαιρών και ράβδων

Στη χημεία, το πρότυπο (μοντέλο) σφαιρών και ράβδων (ball-and-stick model) είναι ένα μοριακό πρότυπο μιας χημικής ουσίας που εμφανίζει τόσο την τρισδιάστατη θέση των ατόμων όσο και τους χημικούς δεσμούς μεταξύ τους. Τα άτομα αντιπροσωπεύονται τυπικά από σφαίρες, συνδεδεμένες με ράβδους που αντιπροσωπεύουν τους δεσμούς. Οι διπλοί και οι τριπλοί δεσμοί αντιπροσωπεύονται συνήθως από δύο ή τρεις καμπύλες ράβδους, αντίστοιχα, ή εναλλάξ με σωστά τοποθετημένες ράβδους για τους δεσμούς σ και τους δεσμούς π. Σε ένα καλό πρότυπο, οι γωνίες μεταξύ των ράβδων πρέπει να είναι ίδιες με τις γωνίες μεταξύ των δεσμών και οι αποστάσεις μεταξύ των κέντρων των σφαιρών πρέπει να είναι ανάλογες με τις αποστάσεις μεταξύ των αντίστοιχων ατομικών πυρήνων. Το χημικό στοιχείο κάθε ατόμου υποδεικνύεται συχνά από το χρώμα της σφαίρας.
Σε ένα πρότυπο σφαιρών και ράβδων, η ακτίνα των σφαιρών είναι συνήθως πολύ μικρότερη από τα μήκη των ράβδων, προκειμένου να παρέχεται μια σαφέστερη άποψη των ατόμων και των δεσμών σε όλο το πρότυπο. Κατά συνέπεια, το πρότυπο δεν παρέχει μια σαφή εικόνα για τον χώρο που καταλαμβάνει το πρότυπο. Από αυτήν την άποψη, τα πρότυπα με σφαίρες και ράβδους διαφέρουν από τα χωροπληρωτικά πρότυπα (καλότ), όπου οι ακτίνες της σφαίρας είναι ανάλογες με τις ατομικές ακτίνες Van der Waals στην ίδια κλίμακα με τις αποστάσεις του ατόμου και επομένως δείχνουν τον κατειλημμένο χώρο αλλά όχι τους δεσμούς.
Τα πρότυπα σφαιρών και ράβδων μπορεί να είναι φυσικά τεχνουργήματα ή εικονικά πρότυπα υπολογιστών. Τα πρώτα κατασκευάζονται συνήθως από συνθέσεις μοριακής προτυποίησης, που αποτελούνται από έναν αριθμό σπειροειδών ελατηρίων ή πλαστικών ή ξύλινων ράβδων, και έναν αριθμό πλαστικών σφαιρών με προ-τρυπημένες τρύπες. Τα χρώματα των σφαιρών ακολουθούν συνήθως τον χρωματισμό CPK.
Ιστορικό
Το 1865, ο Γερμανός χημικός Άουγκουστ Βίλχελμ φον Χόφμαν ήταν ο πρώτος που κατασκεύασε μοριακά πρότυπα με σφαίρες και ράβδους. Χρησιμοποιούσε τέτοια πρότυπα σε διαλέξεις στο Βασιλικό Ίδρυμα της Μεγάλης Βρετανίας.
Εξειδικευμένες εταιρείες κατασκευάζουν συνθέσεις και πρότυπα κατόπιν παραγγελίας. Μία από τις παλαιότερες εταιρείες ήταν η Woosters στο Bottisham, Cambridgeshire, Ηνωμένο Βασίλειο. Εκτός από τις τετραεδρικές, τις τριγωνικές και τις οκταεδρικές οπές, υπήρχαν σφαίρες για όλες τις χρήσεις με 24 τρύπες. Αυτά τα πρότυπα επέτρεψαν την περιστροφή γύρω από τους δεσμούς της μονής ράβδου, κάτι που θα μπορούσε να είναι και πλεονέκτημα (δείχνοντας μοριακή ευελιξία) και μειονέκτημα (τα πρότυπα ήταν μαλακά). Η κατά προσέγγιση κλίμακα ήταν 5 cm ανά Ώνγκστρεμ (0,5 m/nm ή 500.000.000:1), αλλά δεν ήταν συνεπή σε όλα τα στοιχεία.
Η εταιρεία Beevers Miniature Models στο Εδιμβούργο (τώρα λειτουργεί ως Miramodus) παρήγαγε μικρά μοντέλα ξεκινώντας το 1961 χρησιμοποιώντας σφαίρες από PMMA και ράβδους ανοξείδωτου χάλυβα.  Σε αυτά τα πρότυπα, η χρήση μεμονωμένων τρυπημένων σφαιρών με ακριβείς γωνίες σύνδεσης και μήκη σύνδεσης επέτρεψε τη δημιουργία μεγάλων κρυσταλλικών δομών με ακρίβεια σε ελαφριά και άκαμπτη μορφή.

Παραπομπές

Κατηγορία:Μοριακά πρότυπα