CPK-Farbschema

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.

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.^[1] 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.^[2]

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.^[3] 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.^[4]

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 CPK Farbschemen beinhalten:^[5]

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^[6] 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.^[7]

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)“.^[8][9]

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.^[3]
• Die Spalte Koltun ist die des Koltun-Patents.^[4]
• Die Spalte Jmol ist das Farbschema, das der Molekülvisualisierer Jmol verwendet.^[10]
• 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.^[10][11]
• 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.

• Physical Molecular Models (Memento vom 21. März 2007 im Internet Archive)

1. ↑ Models and Structural Diagrams in the 1860s (Memento vom 4. April 2016 im Internet Archive)
2. ↑ W. D. Ollis: Models and Molecules. In: Proceedings of the Royal Institution of Great Britain. Band 45, 1972, S. 1–31 (englisch, archive.org). 
3. ↑ ^{a b} Robert B. Corey, Linus Pauling: Molecular Models of Amino Acids, Peptides, and Proteins. In: Review of Scientific Instruments. Band 24, Nr. 8, 1. August 1953, S. 621–627, doi:10.1063/1.1770803, bibcode:1953RScI...24..621C (englisch, caltech.edu [PDF]). 
4. ↑ ^{a b} Walter L. Koltun (Erfinder): Space filling atomic units and connectors for molecular models (Patent 3170246). In: worldwide.espacenet.com. 23. Februar 1965, abgerufen am 11. Juni 2025 (englisch). 
5. ↑ Molecule Atom Colors – CPK Colors. In: Science Notes and Projects. 28. August 2019, abgerufen am 11. Juni 2025 (englisch). 
6. ↑ Schwefel. In: cumschmidt.de. Abgerufen am 19. Juni 2025. 
7. ↑ The conventions of colours of molecular models. In: miramodus.com. Abgerufen am 19. Juni 2025 (englisch). 
8. ↑ August Wilhelm Hofmann: On the Combining Power of Atoms. In: Chemical News and Journal of Industrial Science. Band 12, 1865, S. 176–179, 189 (englisch, google.com). 
9. ↑ Historical Studies in the Language of Chemistry, von Maurice P. Crosland, Courier Corporation, Mineola NY in der Google-Buchsuche-USA S. 336 und Fußnote 220; ISBN 978-0-486-43802-3
10. ↑ ^{a b} Jmol color table. In: sourceforge.net. Abgerufen am 20. Juni 2025 (englisch). 
11. ↑ Rasmol color table. In: bio.cmu.edu. Abgerufen am 19. Juni 2025 (englisch).