La forma di una molecola contribuisce alla sua funzione e alle sue interazioni con altre molecole. Nel corso degli anni, sono stati sviluppati molti modelli diversi per la rappresentazione visiva delle molecole.
Le strutture di Lewis furono sviluppate da Gilbert Newton Lewis, che pubblicò per la prima volta queste strutture nel suo articolo “The Atom and the Molecule” nel 1916. Le strutture di Lewis utilizzano i simboli chimici per gli elementi. Le linee che collegano gli elementi rappresentano legami covalenti, e le coppie di punti rappresentano coppie di elettroni che non partecipano a un legame.
La struttura della linea di legame è un modo più semplice per visualizzare le molecole organiche (basate sul carbonio) rispetto alla struttura di Lewis. Nelle strutture delle linee di legame, gli atomi di carbonio e idrogeno sono intesi in qualsiasi luogo in cui una linea termina o si piega ad angolo, piuttosto che essere esplicitamente disegnata. Le strutture delle linee di legame sono particolarmente utili per modellare molecole più grandi che contengono grandi quantità di carbonio e idrogeno o catene di idrocarburi molto lunghe, come quelle comunemente incontrate nella chimica organica e nella biochimica.
I modelli 2D sono utili per comprendere le strutture molecolari di base. Tuttavia, per prevedere come le molecole interagiranno tra loro e con altre sostanze, è importante capire come le molecole esistono nello spazio tridimensionale. I “ball and stick models” (modelli di palla e bastone) mostrano le relazioni 3D tra gli atomi all’interno di una molecola.
I modelli di riempimento dello spazio estendono ulteriormente il concetto dei “bal and stick models” , fornendo una visione 3D più accurata delle molecole raffigurando gli atomi in modo da mantenere il rapporto dei raggi atomici. Invece di usare le linee tra gli atomi per rappresentare i legami, la vicinanza delle sfere l’una all’altra indica la forza del legame. Gli atomi con legami più forti, come i doppi legami, sono rappresentati da sfere che si sovrappongono di più rispetto a sfere che rappresentano atomi più debolmente legati. L’etichettatura degli atomi con i loro simboli chimici non è generalmente necessaria, perché i modelli di riempimento dello spazio e “ball and stick” utilizzano entrambi colori standardizzati per rappresentare atomi di elementi diversi. Il rosso rappresenta l’ossigeno, il nero è carbonio e il bianco è idrogeno. Altri elementi che comunemente formano composti covalenti, tra cui azoto, zolfo, fosforo, cloro, fluoro e bromo, sono indicati anche da colori specifici.
