Modelos moleculares com corte a laser

por Alfredo Mateus

Aprenda a construir um conjunto de peças para montar modelos moleculares de baixo custo, usando o corte a laser e canudos de plástico.

O QUE É

Um conjunto de peças para a construção de modelos de moléculas de baixo custo. As peças podem ser fabricadas em MDF ou papelão com uma máquina de corte a laser e são conectadas com canudos comuns de plástico. 

POR QUE É INTERESSANTE?

Existem muitas variações de modelos moleculares disponíveis. Os modelos comerciais costumam ter um custo elevado, o que limita sua aplicação em sala de aula, especialmente no caso de haver manipulação pelos estudantes. Existem diversas alternativas de modelos “caseiros” ou “alternativos”, usando os mais diversos materiais. A grande vantagem do modelo apresentado aqui é a possibilidade de se fazer um grande número de peças por um custo baixo e com relativamente pouco trabalho, já que as peças são produzidas na máquina de corte a laser. A principal limitação é o acesso à máquina de corte a laser.

COMO USAR

Modelos moleculares podem ser utilizados de muitas maneiras, em muitas partes do estudo da Química. 

Para montar os modelos, primeiro precisamos identificar os átomos dos elementos. Para isso usamos um código de cores. Nós usamos o código de cores mais utilizado em modelos moleculares, em que átomos de carbono são pretos, os de oxigênio são vermelhos e os de nitrogênio são azuis. Estes átomos usam peças que são tetraédricas, com quatro conectores. Os átomos de hidrogênio são brancos e usam peças que possuem apenas um conector.

Para ligar um átomo no outro, usamos canudos plásticos. Escolhemos canudos de 6 mm que possuem uma sanfona e uma ponta pode ser entortada. Nós cortamos os canudos em duas medidas, uma para ligações C – C (ou C – O, ou C – N) de 5 cm, e outra para ligações com átomos de hidrogênio (C – H, O – H ou N – H), de 3,5 cm.

Em atividades de divulgação científica, temos oferecido aos visitantes a oportunidade de construírem modelos de moléculas “famosas” usando estes modelos. Exemplos de moléculas famosas incluem a cafeína, a aspirina e a adrenalina, entre outras. É um exercício interessante de interpretação das fórmulas estruturais, adicionando um átomo de cada vez e seguindo o “mapa” até completar a molécula. Crianças tomam um caminho mais criativo e criam suas próprias “moléculas”, e podem ficar horas brincando com esse LEGO atômico.

Para construir um modelo do fulereno (C60), usamos peças feitas de papelão não corrugado (placas de papel Paraná de espessura de 1mm). As peças apresentam apenas três conectores, com um ângulo de 120 graus. Usamos papelão pois estas peças serão dobradas para formar o ângulo correto no sólido tridimensional. Se usamos as peças feitas de MDF, aparece uma grande tensão que acaba amassando os canudos.

O mesmo conector pode ser usado para se construir nanotubos de carbono. Usamos canudos mais longos para estes modelos.

FAÇA O SEU

Baixe os arquivos para o corte a laser no Thingiverse.

Você vai precisar de:

  • Placas de MDF de 3 mm de espessura. O tamanho da placa vai depender do tamanho da máquina de corte a laser que será usada. Máquinas pequenas usam placas com no máximo 40 x 40 cm, enquanto que máquinas maiores podem usar placas de 60 cm x 90 cm, ou mais.
  • Tinta nas cores preto, branco, vermelho e azul. Usamos tinta spray pela facilidade de uso e  secagem rápida.
  • Canudos plásticos sanfonados (6 mm)
  • Tesoura
  • Cola branca

Nós criamos os desenhos em um programa que trabalha com ilustrações vetoriais. Um exemplo se software gratuito que pode ser usado é o Inkspace. Começamos com um retângulo com a largura do canudo plástico. Juntamos a ele um círculo em uma das extremidades. As formas são combinadas para ficarmos apenas com o contorno. Para fazer o conector do fulereno, por exemplo, fazemos três cópias e rodamos de modo que elas fiquem a 120 graus uma das outras. Usamos um círculo para alinhar melhor as formas e juntamos tudo em um único contorno. Este desenho final está pronto para o corte. Podemos apenas copiar e colar essa forma em um arquivo de modo que possamos produzir muitas peças de uma vez. Ajeitamos as peças de modo a aproveitar bem o material.

Montar os átomos tetraédricos, parece um desafio mais complicado. Montar algo em três dimensões parece ser um trabalho para uma impressora 3D e não uma máquina que corta chapas planas. Na verdade, o corte a laser é que torna esse projeto fácil de se fazer e com um custo muito baixo. Começamos novamente com um retângulo da largura do canudo e arredondamos uma extremidade. Rodamos duas peças, de modo a que elas fiquem no ângulo das ligações em um tetraedro: cerca de 109 graus. Juntamos as duas peças com um círculo e cortamos um quadrado com a espessura da placa. 

modelo tetraedro

Nós pintamos os dois lados da chapa de MDF de modo a que cada parte ficasse com uma das cores das peças que iríamos produzir.  Consulte o operador da máquina de corte a laser para ajustar os melhores parâmetros para cortar MDF de 3 mm. Esse é um dos materiais mais usados com as máquinas de corte a laser. Você pode fazer um teste com um retalho de MDF que não vai ser mais usado e ajustar a velocidade e a potência do laser. Não se esqueça de focar bem o laser antes do corte. 

Colocamos as peças uma do lado da outra no desenho para produzirmos um grande número de peças. Cada duas peças vai corresponder a um átomo. Recolha todas as peças após o corte e separe-as por cor. Coloque uma pequena gota de cola branca no encaixe e junte as duas peças de cada átomo tetraédrico. 

O seu modelo está pronto! Você pode fazer uma caixa para guardar o modelo usando a máquina de corte a laser.

peças dos tetredros antes de colar
Colando as peças

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1 comentário

Modelos moleculares e impressão 3D – XCiência 16/01/2020 - 3:31 pm

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