Die Form eines Moleküls trägt zu seiner Funktion und zu seinen Wechselwirkungen mit anderen Molekülen bei. Im Laufe der Jahre wurden viele verschiedene Modelle für die Visualisierung von Molekülen entwickelt.
Die Lewis-Struktur wurden von Gilbert Newton Lewis entwickelt, welche erstmalig in seiner Arbeit “The Atom and the Molecule” im Jahr 1916 veröffentlicht wurden. Lewis-Strukturen verwenden die chemischen Symbole der jeweiligen Elemente. Linien, welche diese Elemente verbinden, stellen kovalente Bindungen dar. Punktpaare zeigen Paare von Elektronen, die an keiner Bindung beteiligt sind.
Die Skelettformel ist eine einfachere Art als die Lewis-Struktur, um organische (kohlenstoffbasierte) Moleküle darzustellen. In den Skelettformeln werden Kohlenstoff -und Wasserstoffatome überall dort angenommen, wo eine Linie endet oder sich in einem Winkel biegt anstatt sie explizit zu zeichnen. Sie sind besonders nützlich für die Darstellung größerer Moleküle, die große Mengen an Kohlenstoff und Wasserstoff oder sehr lange Kohlenwasserstoffketten enthalten, wie sie in der organischen Chemie und Biochemie häufig vorkommen.
2D-Modelle sind nützlich, um grundlegende molekulare Strukturen verstehen zu können. Um jedoch vorhersagen zu können, wie Moleküle miteinander und mit anderen Substanzen interagieren, ist es wichtig zu verstehen, wie diese Moleküle im dreidimensionalen Raum aussehen. Kugel-Stab-Modelle zeigen die 3D-Beziehungen zwischen den Atomen innerhalb eines Moleküls.
Das Kalottenmodell führt das Konzept des Kugel-Stab-Modells weiter und ermöglicht eine genauere 3D-Ansicht von Molekülen. Sie stellen Atome so dar, dass das Verhältnis der Atomradien beibehalten wird. Anstatt Linien zwischen den Atomen zur Darstellung von Bindungen zu verwenden, gibt die Nähe der Kugeln zueinander die Bindungsstärke an. Atome mit stärkeren Bindungen, wie z.B. Doppelbindungen, werden durch Kugeln dargestellt, die sich stärker überlappen. Kugeln die weniger überlappen repräsentieren schwächer gebundene Atome. Eine Beschriftung der Atome mit ihren chemischen Symbolen ist im Allgemeinen nicht notwendig, da sowohl das Kalottenmodell als auch das Kugel-Stab-Modell standardisierte Farben verwenden, um Atome verschiedener Elemente darzustellen. Rot steht für Sauerstoff, Schwarz für Kohlenstoff und Weiß für Wasserstoff. Andere Elemente, die üblicherweise kovalente Bindungen eingehen werden ebenfalls in spezifischen Farben dargestellt. Zu ihnen gehören Stickstoff, Schwefel, Phosphor, Chlor, Fluor und Brom.
