Seminário - A Construção E O Uso De Modelos Moleculares

INTRODUÇÃO

Modelos são representações simplificadas de objetos e fenômenos físicos reais. A modelagem molecular consiste na construção, manipulação e/ou representação realista de estruturas moleculares com o objetivo de compreender mais profundamente as entidades por eles representadas. Para tanto, faz-se necessário o conhecimento da estrutura da matéria e de outras propriedades relacionadas ao que se pretende representar.

O estudo do metano é de grande importância para os seres vivos, pois o metano é um importante gás do efeito estufa e sua concentração na atmosfera tem aumentado devido à ação de fontes antropogênicas; o metano, também, tem um impacto significativo sobre os gases de outros níveis atmosféricos, como, por exemplo, o ozônio. O metano é encontrado na terra em depósitos de hidrocarbonetos (petróleo); é o principal constituinte do gás natural; é encontrado em hidratos de gás abaixo do fundo do mar ou sob áreas de geleiras, e em outras fontes.

Neste trabalho apresentaremos a estrutura molecular do metano que abrange a geometria molecular, os ângulos formados entre seus átomos, o tamanho desses átomos e as ligações que eles realizam, bem como o raio atômico, a massa atômica e a densidade da molécula. Além disso, identificaremos algumas de suas fontes de obtenção, e suas propriedades físicas e químicas, inclusive as reações de combustão e substituição que ele faz parte.

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Atualmente, é bem estabelecido que o mundo material é constituído de moléculas, cuja definição se baseia no conceito de átomo. Por sua vez, átomos são entidades cujas propriedades dependem do arranjo e de forças envolvidas entre partículas subatômicas como elétrons, prótons e nêutrons. Portanto, as diferentes formas de manifestação da matéria podem ser interpretadas como conseqüência do comportamento das partículas microscópicas que a constituem.

Por outro lado, a existência de propriedades físico-químicas bem definidas da matéria e suas previsões através das leis da física permitem aos químicos criar modelos capazes, em uma certa extensão, de agrupar, prever e desenvolver novos materiais; modelos que têm por objetivo descrever aspectos específicos de certas propriedades do sistema.

A aplicação de modelos teóricos para representar e manipular a estrutura de moléculas, estudar reações químicas e estabelecer relações entre a estrutura e propriedades da matéria constituem o domínio de atuação da modelagem molecular.

Uma abordagem histórica sobre este tópico tem como princípio a representação de moléculas através de fórmulas estruturais, estabelecida pela primeira vez em 1874 com a descoberta do arranjo tetraédrico dos átomos de carbono em compostos orgânicos por van’t Hoff e Le Bel, como o metano, por exemplo.

O metano é um gás inodoro e incolor; sua molécula é tetraédrica e apolar sendo pouco solúvel em água, mas é bastante solúvel em solventes orgânicos. É encontrado em quase todos os gases naturais, quando misturado ao ar se transforma em mistura de alto teor explosivo. É o mais simples dos hidrocarbonetos, onde cerca de 60% de sua emissão no mundo é produto da ação humana. Por isso, durante os últimos 200 anos a concentração deste gás na atmosfera aumentou de 0,8 para 1,7 ppm.

ESTRUTURA MOLECULAR

O metano (CH4) é constituído por um átomo de carbono ligado covalentemente a quatro átomos de hidrogênio, em uma estrutura perfeitamente simétrica, como mostra a figura abaixo.

GEOMETRIA MOLECULAR

A geometria da molécula do metano é tetraédrica. Portanto, o átomo central está localizado no centro deste tetraedro e os quatro outros átomos estão localizados nos vértices, como podemos observar na figura abaixo.

ÂNGULOS FORMADOS

Os ângulos de ligações da molécula do metano são todos iguais e têm um valor de 109,5º (observe a figura acima). Essa afirmação é válida para qualquer molécula que possua geometria tetraédrica.

TAMANHO DOS ÁTOMOS

A medição do raio de um átomo isolado não pode ser feita com precisão, pois a eletrosfera não possui um limite exato. Portanto, o tamanho dos átomos varia de uma maneira mais ou menos regular.

Raio atômico do hidrogênio: 31 pm

Raio atômico do carbono: 70 pm.

LIGAÇÕES REALIZADAS

As ligações que ocorrem na molécula do metano são quatro ligações sigma do tipo sp3-s. A simbologia para este tipo de situação é dada assim: s(sp3-s), onde sp3 vem do carbono e s do hidrogênio.

CORES DOS ÁTOMOS

O metano é um gás incolor, porém para facilitar o trabalho e o estudo com moléculas, adotou-se uma cor padrão para cada átomo, e as cores dos átomos que representam a molécula do metano é branca, que corresponde à molécula do hidrogênio, e preta, que corresponde à molécula do carbono.

RAIO ATÔMICO E MASSA ATÔMICA

Raio atômico é a distância do átomo central a seus átomos ligados. O raio atômico é medido em picômetro (pm).

O raio atômico do metano é equivalente a 1x10-10m.

Massa atômica do metano é 16u.

DENSIDADE

A densidade de um corpo expressa a relação entre a massa e o volume ocupado por esse corpo. O metano é incolor e quando se torna liquido apresenta-se menos denso do que a água.

A densidade do metano e de 0,722g/dm3

PROPRIEDADES

PROPRIEDADES FÍSICAS

Ponto de Fusão

Fusão representa a passagem do estado sólido cristalino ordenado das partículas, segundo a rede cristalina à disposição menos ordenada que caracteriza o estado liquido. Produz