Model bola-dan-pasak

Dalam kimia, model bola-dan-pasak merupakan sebuah model molekul dari suatu zat kimia yang menampilkan baik posisi tiga dimensi dari atom maupun ikatan yang menghubungkannya. Atom biasanya digambarkan sebagai bola yang saling terhubung oleh pasak untuk merepresentasikan ikatan. Ikatan rangkap dua dan rangkap tiga umumnya divisualisasikan dengan dua atau tiga pasak melengkung, atau dengan penempatan pasak yang tepat untuk menunjukkan ikatan sigma dan ikatan pi. Pada model yang baik, sudut antar pasak seharusnya sesuai dengan sudut antar ikatan, dan jarak antara pusat bola dibuat sebanding dengan jarak antara inti atom yang bersesuaian. Unsur kimia dari tiap atom biasanya ditunjukkan melalui warna bolanya.

Dalam model bola-dan-pasak, jari-jari bola biasanya dibuat jauh lebih kecil dibandingkan panjang pasak, agar tampilan atom dan ikatan di seluruh model menjadi lebih jelas. Akibatnya, model ini tidak memberikan gambaran yang akurat mengenai ruang yang benar-benar ditempati oleh molekul. Dalam hal ini, model bola-dan-pasak berbeda dari model ruang-isi (calotte), di mana jari-jari bola dibuat sebanding dengan jari-jari atom Van der Waals pada skala yang sama dengan jarak antar atom, sehingga memperlihatkan ruang yang ditempati molekul tetapi tidak menampilkan ikatannya.

jmpl|Gerakan molekul air pada suhu ruang dan interaksinya satu sama lain.
Model bola-dan-pasak dapat berupa model fisik maupun pemodelan komputer yang ditampilkan sebagai grafis molekul. Model fisik biasanya dirakit dari perangkat pemodelan molekul, yang terdiri atas berbagai pegas spiral atau stik plastik/kayu, serta bola-bola plastik yang telah dilubangi sebelumnya. Warna bola umumnya mengikuti standar pewarnaan CPK. Beberapa mata kuliah kimia di universitas bahkan mewajibkan mahasiswa untuk membeli model seperti ini sebagai bahan pembelajaran.

 Sejarah 
jmpl|ki|Model bola-dan-pasak senyawa metana (CH4) oleh Hofmann pada tahun 1865. Penemuan selanjutnya membantah geometri pemodelan ini. 
Pada tahun 1865, kimiawan Jerman August Wilhelm von Hofmann menjadi orang pertama yang membuat model molekul tipe bola-dan-pasak. Ia memanfaatkan model tersebut dalam kuliahnya di Royal Institution of Great Britain, terutama untuk membantu menggambarkan struktur dan ikatan kimia secara visual kepada para peserta ceramahnya.

Seiring berkembangnya kebutuhan akan visualisasi struktur molekul, berbagai perusahaan mulai memproduksi perangkat dan model sesuai pesanan. Salah satu perusahaan awal adalah Woosters di Bottisham, Cambridgeshire, Inggris. Perangkat mereka mencakup bola dengan lubang bertipe tetrahedral, trigonal, dan oktahedral, disertai pula bola serbaguna dengan 24 lubang. Model-model ini memungkinkan rotasi pada ikatan tunggal karena batang dapat berputar di dalam lubang; fitur ini dapat menjadi kelebihan karena model menunjukkan fleksibilitas molekul, tetapi sekaligus kekurangan karena model menjadi kurang kaku dalam penggunaan.

Skala pendekatan yang digunakan pada kit tersebut adalah sekitar 5 cm per ångström (setara dengan 0,5 m/nm atau 500.000.000:1). Namun skala tersebut tidak sepenuhnya konsisten untuk semua unsur, sehingga hanya berfungsi sebagai representasi visual, bukan skala ilmiah presisi.

Pada tahun 1961, perusahaan Beevers Miniature Models di Edinburgh—yang kini beroperasi sebagai Miramodus—memperkenalkan model berukuran kecil yang dibuat menggunakan bola dari PMMA dan batang dari baja nirkarat. Penggunaan bola yang dibor satu per satu dengan sudut ikatan dan panjang ikatan yang sangat presisi memungkinkan penyusunan struktur kristal berukuran besar dengan bentuk yang kuat, ringan, dan akurat. Model semacam ini kemudian banyak digunakan dalam penelitian kristalografi serta pendidikan struktur padatan.

 Perkembangan 
jmpl|Pemodelan bola-dan-pasak dari molekul toloksaton. Gambar atas adalah rumus strukturnya dan bawah adalah visual tiga dimensinya.
Setelah berkembangnya perangkat awal tersebut, penggunaan model bola-dan-pasak meluas tidak hanya untuk menunjukkan bentuk molekul kecil, tetapi juga untuk memvisualisasikan makromolekul, struktur kristal, dan material anorganik kompleks. Kemampuannya untuk memperlihatkan orientasi ikatan, geometri atom, serta pola keterulangan dalam kisi kristal membuat model ini menjadi alat yang sangat penting dalam kimia fisik dan kristalografi.

Pada pertengahan abad ke-20, model bola-dan-pasak mulai digunakan secara sistematis dalam penelitian ilmiah. Misalnya, para kristalografer menggunakan model tiga dimensi untuk menafsirkan data difraksi sinar-X sebelum ketersediaan perangkat lunak komputer modern. Dengan membangun struktur secara manual, para peneliti dapat mengidentifikasi kemungkinan orientasi atom, simetri kristal, serta hubungan spasial antar unit struktur. Model fisik ini juga membantu memvalidasi hasil perhitungan matematis yang dilakukan dengan metode awal kristalografi.

Perkembangan berikutnya terjadi dengan munculnya perangkat pemodelan komputer dan grafis molekul pada tahun 1970-an hingga 1990-an. Visualisasi digital memungkinkan representasi molekul yang lebih detail, termasuk animasi rotasi, vibrasi, dan perubahan konformasi, yang tidak dapat ditampilkan secara dinamis oleh model fisik. Walaupun demikian, model bola-dan-pasak fisik tetap bertahan sebagai sarana pendidikan karena memberikan pengalaman spasial langsung yang membantu siswa memahami konsep abstrak seperti sudut ikatan, torsi, dan stereokimia.

Dalam konteks pembelajaran modern, model bola-dan-pasak kini digunakan berdampingan dengan simulasi komputer. Kit model fisik membantu siswa membangun intuisi spasial, sedangkan perangkat lunak molekuler memperkenalkan representasi molekul skala besar dan interaktif. Kombinasi keduanya sering dianggap sebagai pendekatan pedagogis yang paling efektif, terutama untuk konsep stereokimia seperti kiralitas, konformasi, serta pemahaman orbital dan ikatan tingkat lanjut.

 Aplikasi 
Model bola-dan-pasak memainkan peranan penting dalam berbagai cabang ilmu kimia dan bidang terkait karena kemampuannya memberikan representasi spasial yang jelas mengenai struktur molekul dan keteraturan ikatan.

 Pendidikan kimia 
Dalam pendidikan kimia, model ini digunakan untuk menjembatani pemahaman dari representasi dua dimensi, seperti rumus struktur, menuju bentuk tiga dimensi yang merefleksikan geometri molekul sebenarnya. Penggunaan model fisik terbukti membantu siswa mengurangi miskonsepsi umum, seperti salah menafsirkan sudut ikatan atau memahami kiralitas hanya melalui gambar datar. Beberapa studi menunjukkan bahwa representasi konkret ini dapat meningkatkan kemampuan spasial dan pemahaman konsep stereokimia.

 Kimia organik dan stereokimia 
Dalam kimia organik, model bola-dan-pasak digunakan untuk memvisualisasikan hubungan antara orientasi atom dan reaktivitas molekul. Misalnya, ia membantu memahami fenomena seperti isomer geometri, isomer optis, serta rotasi bebas dan penghalangan sterik. Representasi ini juga memudahkan analisis konformasi, seperti konformasi kursi pada sikloheksana, serta interaksi antar substituen pada sistem cincin.

 Kimia anorganik dan kristalografi 
Pada kimia anorganik dan kristalografi, model bola-dan-pasak membantu memperlihatkan topologi ikatan, koordinasi atom, serta keteraturan simetri kristal. Struktur koordinasi polimer, mineral, dan bahan kristalin lainnya sering divisualisasikan dengan model ini untuk memahami hubungan antara unit struktural dan sifat material. Sebelum penggunaan komputer secara luas, model-model fisik ini digunakan untuk menafsirkan peta densitas elektron dan merakit struktur kristal skala besar.

 Sains biomolekuler dan makromolekuler 
Untuk biomolekul besar, model bola-dan-pasak dapat digunakan untuk menunjukkan interaksi spesifik, seperti orientasi gugus fungsional, geometri pusat aktif, dan pengikatan ligan. Meskipun model fisik untuk protein dan DNA sering terlalu besar untuk dibuat penuh, versi parsialnya dapat menunjukkan hubungan antara struktur lokal dan fungsi biologis. Penelitian struktur DNA oleh Watson dan Crick, misalnya, mengandalkan model bola-dan-pasak untuk menafsirkan data difraksi.

 Lihat pula 

 Rumus struktur
 Rumus kerangka

 Referensi 

Kategori:Pemodelan molekul