CPK-Farbschema

mini|Kugel-Stab-Modell der Aminosäure Prolin aus Kunststoff. Diese Modelle entsprechen in der Regel der CPK-Farbgebung.

In der Chemie ist das CPK-Farbschema, benannt nach den Chemikern Robert Corey, Linus Pauling und Walter Koltun, eine beliebte Farbkonvention zur Unterscheidung von Atomen verschiedener chemischer Elemente in Molekülmodellen.

Geschichte mini|hochkant|Hofmanns Methanmodell

August Wilhelm von Hofmann war offenbar der erste, der Molekülmodelle in der organischen Chemie verwendete, nachdem August Kekulé 1858 die chemische Strukturtheorie und Alexander Crum Brown 1861 die gedruckten Strukturformeln eingeführt hatten. Bei einem Freitagabendvortrag in der Londoner Royal Institution am 7. April 1865 zeigte er Molekülmodelle einfacher organischer Substanzen wie Methan, Ethan und Methylchlorid, die er aus verschiedenfarbigen Tischkrocketbällen konstruiert hatte, die mit dünnen Messingröhrchen miteinander verbunden waren. Das ursprüngliche Farbschema von Hofmann (Kohlenstoff = schwarz, Wasserstoff = weiß, Stickstoff = blau, Sauerstoff = rot, Chlor = grün und Schwefel = gelb) hat sich zu den späteren Farbschemata weiterentwickelt.

Im Jahr 1952 veröffentlichten Robert B. Corey und Linus Pauling eine Beschreibung von raumfüllenden Modellen (auch bekannt als Kalottenmodelle) von Proteinen und anderen Biomolekülen, die sie am Caltech entwickelt hatten. Ihre Modelle stellten Atome durch facettierte Hartholzkugeln dar, die in verschiedenen leuchtenden Farben bemalt waren, um die jeweiligen chemischen Elemente zu kennzeichnen. Ihr Farbschema umfasste:

Weiß für Wasserstoff Schwarz für Kohlenstoff Himmelblau für Stickstoff Rot für Sauerstoff

Sie bauten auch kleinere Modelle mit Plastikkugeln nach dem gleichen Farbschema.

1965 patentierte Koltun eine verbesserte Version der Modellierungstechnik von Corey und Pauling. mini|hochkant|Eine Schachtel mit farbigen Kugel- und Stabmodellen, die einige der gemeinsamen Elemente darstellen. In seinem Patent erwähnte er die folgenden Farben: Weiß für Wasserstoff Schwarz für Kohlenstoff Blau für Stickstoff Rot für Sauerstoff Tiefgelb für Schwefel Violett für Phosphor Hell-, mittel-, mittel-dunkel- und dunkelgrün für die Halogene (Fluor, Chlor, Brom, Iod) Silber für Metalle (Cobalt, Eisen, Nickel, Kupfer)

Typische Zuweisungen Typische CPK Farbschemen beinhalten:

Schema Element Farbe Wasserstoff (H) weiß Kohlenstoff (C) schwarz Stickstoff (N) blau Sauerstoff (O) rot Fluor (F), Chlor (Cl) grün Brom (Br) dunkelrot Iod (I) dunkelviolett Edelgase (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) cyan Phosphor (P) orange Schwefel (S) gelb Bor (B), die meisten Übergangsmetalle beige Alkalimetalle (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) violet Erdalkalimetalle (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) dunkelgrün Titan (Ti) grau Eisen (Fe) dunkelorange andere Elemente pink

Beschreibung Mehrere der CPK-Farben beziehen sich mnemotechnisch auf die Farben der reinen Elemente oder bemerkenswerten Verbindungen. Zum Beispiel ist Wasserstoff ein farbloses Gas, Kohlenstoff in Form von Holzkohle, Graphit oder Koks ist schwarz, Octaschwefel ist gelb, Chlor ist ein grünliches Gas, Brom ist eine dunkelrote Flüssigkeit, Jod in Ether ist violett, allotroper Phosphor ist rot, Rost ist dunkelorange-rot usw. Bei einigen Farben, wie z. B. den Farben von Sauerstoff und Stickstoff, ist die Inspiration weniger klar. Vielleicht ist die Farbe Rot für Sauerstoff dadurch inspiriert, dass Sauerstoff normalerweise für die Verbrennung benötigt wird oder dass die sauerstoffhaltige Chemikalie im Blut, das Hämoglobin, leuchtend rot ist, und die Farbe Blau für Stickstoff dadurch, dass Stickstoff der Hauptbestandteil der Erdatmosphäre ist, die dem menschlichen Auge himmelblau erscheint.

Es ist wahrscheinlich, dass die CPK-Farben durch Modelle aus dem neunzehnten Jahrhundert inspiriert wurden. 1865 verwendete August Wilhelm von Hofmann in einem Vortrag an der Royal Institution in London Modelle aus Krocketbällen zur Veranschaulichung der Valenz, also die ihm zur Verfügung stehenden farbigen Bälle. (Zu dieser Zeit war Krocket der beliebteste Sport in England, so dass die Bälle reichlich vorhanden waren). In dem Aufsatz „On the Combining Power of Atoms“ im 12. Band der Chemical News heißt es, dass „Hofmann bei einem Vortrag an der Royal Institution im April 1865 Krocketbälle in verschiedenen Farben benutzte, um verschiedene Arten von Atomen darzustellen (z. B. Kohlenstoff schwarz, Wasserstoff weiß, Chlor grün, „feuriges“ Sauerstoff rot, Stickstoff blau)“. S. 336 und Fußnote 220; ISBN 978-0-486-43802-3

Moderne Varianten mini|Beispiel für Jmol-Färbung Die folgende Tabelle zeigt die Farben, die den einzelnen Elementen von einigen gängigen Softwareprodukten zugewiesen werden. Die Spalte Corey ist die ursprüngliche Zuordnung von Corey und Pauling. Die Spalte Koltun ist die des Koltun-Patents. Die Spalte Jmol ist das Farbschema, das der Molekülvisualisierer Jmol verwendet. Die Spalte Rasmol ist das von RasMol verwendete Schema; wenn zwei Farben angezeigt werden, gilt die zweite für die Versionen 2.7.3 und später. Die Spalte PubChem enthält die Farben in der PubChem-Datenbank, die vom United States National Institutes of Health verwaltet wird.

Alle Farben sind ungefähre Angaben und können von der Display-Hardware und den Betrachtungsbedingungen abhängen.

Farben Z Symbol Element Corey Koltun Jmol Rasmol PubChem 1 H Wasserstoff 1 2H (D) Deuterium 1 3H (T) Tritium 2 He Helium 3 Li Lithium 4 Be Beryllium 5 B Bor 6 C Kohlenstoff 6 13C Kohlenstoff-13 6 14C Kohlenstoff-14 7 N Stickstoff 7 15N Stickstoff 8 O Sauerstoff 9 F Fluor 10 Ne Neon 11 Na Natrium 12 Mg Magnesium 13 Al Aluminium 14 Si Silicium 15 P Phosphor 16 S Schwefel 17 Cl Chlor 18 Ar Argon 19 K Kalium 20 Ca Calcium 21 Sc Scandium 22 Ti Titan 23 V Vanadium 24 Cr Chrom 25 Mn Mangan 26 Fe Eisen 27 Co Cobalt 28 Ni Nickel 29 Cu Kupfer 30 Zn Zink 31 Ga Gallium 32 Ge Germanium 33 As Arsen 34 Se Selen 35 Br Brom 36 Kr Krypton 37 Rb Rubidium 38 Sr Strontium 39 Y Yttrium 40 Zr Zirconium 41 Nb Niob 42 Mo Molybdän 43 Tc Technetium 44 Ru Ruthenium 45 Rh Rhodium 46 Pd Palladium 47 Ag Silber 48 Cd Cadmium 49 In Indium 50 Sn Zinn 51 Sb Antimon 52 Te Tellur 53 I Iod 54 Xe Xenon 55 Cs Caesium 56 Ba Barium 57 La Lanthan 58 Ce Cer 59 Pr Praseodym 60 Nd Neodym 61 Pm Promethium 62 Sm Samarium 63 Eu Europium 64 Gd Gadolinium 65 Tb Terbium 66 Dy Dysprosium 67 Ho Holmium 68 Er Erbium 69 Tm Thulium 70 Yb Ytterbium 71 Lu Lutetium 72 Hf Hafnium 73 Ta Tantalum 74 W Wolfram 75 Re Rhenium 76 Os Osmium 77 Ir Iridium 78 Pt Platin 79 Au Gold 80 Hg Quecksilber 81 Tl Thallium 82 Pb Blei 83 Bi Bismut 84 Po Polonium 85 At Astat 86 Rn Radon 87 Fr Francium 88 Ra Radium 89 Ac Actinium 90 Th Thorium 91 Pa Protactinium 92 U Uran 93 Np Neptunium 94 Pu Plutonium 95 Am Americium 96 Cm Curium 97 Bk Berkelium 98 Cf Californium 99 Es Einsteinium 100 Fm Fermium 101 Md Mendelevium 102 No Nobelium 103 Lr Lawrencium 104 Rf Rutherfordium 105 Db Dubnium 106 Sg Seaborgium 107 Bh Bohrium 108 Hs Hassium 109 Mt Meitnerium 110 Ds Darmstadtium 111 Rg Roentgenium 112 Cn Copernicium 113 Nh Nihonium 114 Fl Flerovium 115 Mc Moscovium 116 Lv Livermorium 117 Ts Tenness 118 Og Oganesson

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Einzelnachweise

Kategorie:Chemiedidaktik