ボールと棒のモデル

化学において、球棒モデルは化学物質の分子モデルであり、原子の3次元位置と原子間の結合の両方を表示します。 ^[1]原子は通常、結合を表す棒でつながれた球で表されます。二重結合と三重結合は通常、それぞれ2本または3本の湾曲した棒で表されますが、シグマ結合とパイ結合の場合は交互に正しく配置された棒で表されます。優れたモデルでは、棒間の角度は結合間の角度と同じで、球の中心間の距離は対応する原子核間の距離に比例します。各原子の化学元素は、多くの場合、球の色で示されます。^[2]

ボールアンドスティックモデルでは、モデル全体の原子と結合をより明確に表示するために、球の半径は通常、棒の長さよりもはるかに小さくなります。その結果、モデルはモデルが占める空間について明確な洞察を提供しません。この点で、ボールアンドスティックモデルは、球の半径が原子距離と同じスケールのファンデルワールス原子半径に比例し、したがって占有空間は表示されますが結合は表示されない空間充填（カロット）モデルとは異なります。

ボールと棒のモデルは、物理的な人工物でも仮想コンピュータ モデルでもかまいません。前者は通常、分子モデリング キットから構築され、多数のコイル スプリングまたはプラスチックまたは木製の棒と、あらかじめ穴が開けられた多数のプラスチック ボールで構成されています。球の色は、一般的にCPK 色付けに従います。一部の大学の化学コースでは、学生が学習教材としてこのようなモデルを購入することが求められます。

1865年、ドイツの化学者アウグスト・ヴィルヘルム・フォン・ホフマンが初めて球と棒の分子模型を作りました。彼はその模型を英国王立研究所での講義で使用しました。

専門の会社が注文に応じてキットやモデルを製造しています。初期の会社の一つは、英国ケンブリッジシャー州ボティシャムの Woosters でした。四面体、三方体、八面体の穴の他に、24 個の穴がある万能ボールがありました。これらのモデルは、単一のロッド結合の周りを回転することができ、これは利点 (分子の柔軟性を示す) と欠点 (モデルが柔らかい) の両方になる可能性があります。おおよそのスケールは 1オングストロームあたり 5 cm (0.5 m/nm または 500,000,000:1) でしたが、すべての要素にわたって一貫していませんでした。

エディンバラのビーバースミニチュアモデルズ社（現在はミラモダスとして運営）は、1961年からPMMAボールとステンレス鋼ロッドを使用した小型モデルを製造してきました^[3]。これらのモデルでは、正確な結合角度と結合長さを持つ個別にドリル加工されたボールを使用することで、軽量で剛性の高い形で大きな結晶構造を正確に作成することができました。

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