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3.3:

Modelos Moleculares

JoVE Core
Chemistry
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JoVE Core Chemistry
Molecular Models

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A composição e a estrutura molecular de uma substância química podem ser eficazmente visualizadas e melhor compreendidas utilizando modelos moleculares tridimensionais. Os modelos ball-and-stick e preenchimento de espaço são dois tipos padrão de modelos moleculares que mostram a organização geométrica dos átomos num composto químico. Estes modelos são elaborados como objetos físicos, feitos de plástico ou madeira, ou como simulações virtuais em computador.O modelo ball-and-stick utiliza esferas ou bolas para representarem os átomos. Os paus ou varetas que ligam as esferas representam as ligações químicas e o ângulo entre as varetas correspondem ao ângulo da ligação no composto atual. Duas ou três varetas normalmente representam ligações duplas ou triplas, respectivamente.A distância entre os centros de cada bola é proporcional à distância exata entre o núcleo atómico correspondente. Normalmente as bolas têm um código de cores para distinguir os átomos de diferentes elementos. As cores são atribuídas de acordo com a convenção de cores CPK apresentada pelos químicos Robert Corey, Linus Pauling e Walter Koltun.Por exemplo, as bolas brancas, pretas e vermelhas representam os átomos de hidrogênio, carbono e oxigénio, respetivamente. O modelo de preenchimento de espaço é mais realista e utiliza esferas em tamanho real para representar os átomos. Contudo, as esferas, ocultam as ligações químicas e os ângulos de ligação existentes entre os átomos.As esferas são feitas proporcionalmente ao tamanho relativo dos átomos e fornecem uma visão clara sobre a aparência atual e o espaço ocupado por cada átomo se dimensionado para um tamanho visível. Os códigos de cores utilizados neste modelo de preenchimento de espaço também seguem a convenção de cores CPK.

3.3:

Modelos Moleculares

Os modelos físicos que representam arquiteturas moleculares de compostos químicos desempenham papéis essenciais na compreensão da química. O uso de modelos moleculares facilita a visualização das estruturas e formas de átomos e moléculas.

Modelo Esquelético

Representações bidimensionais mais simples de compostos químicos são conseguidas usando modelos esqueléticos. A ilustração mostra apenas a estrutura molecular ou ligações sem mostrar explicitamente os átomos. Nesta representação, muitos dos átomos de carbono e de hidrogénio não são explicitamente mostrados. No entanto, as posições dos átomos estão implícitas pelas junções ou extremidades das ligações. Este modelo ajuda a representar estruturas químicas maiores e mais complexas.

Modelo de Bolas e Varetas

Os modelos de bolas e varetas são modelos tridimensionais, onde os átomos são representados como esferas ou esferas codificadas por cores, específicas para diferentes elementos. As ligações químicas que ligam os átomos são representadas por varetas e são mais fáceis de visualizar. Ao fazê-lo, os tamanhos das bolas são relativamente menores, comprometendo assim a correlação proporcional com o tamanho atómico real. No entanto, o modelo de bolas e varetas define os ângulos entre átomos, mostrando claramente a geometria molecular de estruturas simples a mais complexas em comparação com outros modelos moleculares.

Modelo Compacto

Os modelos compactos são mais realistas, onde os átomos estão dimensionados para preencher o espaço entre eles. O tamanho e a posição de um átomo neste modelo são determinados pelas suas propriedades de ligação e pelo raio de van der Waals, ou pela distância de contacto. O raio de van der Waals descreve como dois átomos se podem aproximar um do outro quando uma ligação covalente não os liga. As esferas deste modelo ilustram o espaço relativo ocupado por cada átomo dentro de um composto, enquanto que os ângulos entre átomos não são claramente visíveis 

Criado primeiro pelos químicos Robert Corey e Linus Pauling, e posteriormente melhorado por Walter Koltun, a convenção da coloração CPK designa cores específicas para átomos de cada elemento. Por exemplo, de acordo com a convenção CPK, todos os átomos de hidrogénio são brancos, os átomos de carbono são pretos, os átomos de azoto são azuis, os átomos de oxigénio são vermelhos, os átomos de enxofre são amarelo profundo, e os átomos de fósforo são roxos. Os metais alcalinoterrosos são representados por verde escuro, e os metais alcalinos são indicados por violeta.

Como um exemplo, diferentes modelos moleculares de ácido acético (CH3COOH) podem ser representados das seguintes formas:

Image1 Image2 Image3
Modelo esquelético Modelo de bolas e varetas Modelo compacto

 

Este texto é adaptado de: Openstax, Chemistry 2e, Section 2.4: Chemical Formulas.

Suggested Reading

  1. Berg, Jeremy M. “Appendix: Depicting Molecular Structures.” Biochemistry. 5th edition. U.S. National Library of Medicine, January 1, 1970.