Preparamos uma coleção de modelos moleculares para enfatizar a geometria de determinadas moléculas e sua relação com o número de pares de elétrons não-ligantes. Veja como eles foram feitos e como podem ser usados em aula.
Prepare os modelos
Os modelos foram feitos usando os bicos de garrafas de PET de refrigerantes, de 2 litros. A ideia original destes modelos era se montar moléculas. Vamos descrever a parte de como montar os modelos com as garrafas de PET em detalhe em um outro artigo.
Por enquanto, basta dizer que os bicos das garrafas são cortados e pintados com a cor apropriada para o elemento: vermelho para o oxigênio, azul para nitrogênio e preto para o carbono. Usamos garrafas verdes para o flúor. Juntamos quatro bicos e eles formam um tetraedro. Os bicos são presos no lugar se fazendo um furo com um ferro de solda e se colocando um rebite pop.
Neste modelo, nós descobrimos que os antigos cartuchos de filmes fotográficos brancos serviam perfeitamente como átomos de hidrogênio, já que eles se encaixam nas tampas de garrafa e tem a cor correta. Infelizmente, estas embalagens de filme não são mais facilmente encontradas, desde que a fotografia digital substituiu a revelação de filmes. Além disso, essas embalagens de plástico sõ muito frágeis, quebrando após algum tempo de uso.
Assim, resolvemos fazer nossos átomos de hidrogênio usando a impressão 3d. Para isso usamos o software online gratuito TinkerCAD. Nele nós escolhemos um cilindro para a base e fazemos a sua largura a mesma de uma tampinha de garrafa de plástico – 30 mm. Combinamos o cilindro com uma esfera e obtemos o átomo de hidrogênio
Imprimimos o átomo de hidrogênio em PLA branco comum. Colamos essa peça em uma tampa de garrafa branca, usando adesivo epoxi.
Em seguida, modelamos o par de elétrons não-ligantes. Combinamos um cilindro (com a mesma largura do anterior), um paraboloide e uma esfera.
Nós imprimimos os pares de elétrons em PLA, escolhendo a cor do filamento de acordo com o átomo em que o par de elétrons seria usado (verde para flúor, vermelho para o oxigênio e azul para o nitrogênio. estas peças também foram coladas usando epoxi em tampinhas da mesma cor.
Agora basta rosquear as tampas nos bicos do átomo central e montar os modelos da moléculas.
Use na sua aula
O primeiro modelo é o do fluoreto de hidrogênio, HF. Ele pode ser usado para o cloreto de hidrogênio, HCl, também, mas selecionamos o flúor pois os outros modelos são dos compostos de hidrogênio dos não-metais do segundo período da tabela periódica. Embora seja meio óbvio que a geometria do HF seja linear, uma vez que dois átomos só podem formar uma linha reta, é interessante perceber que os halogênios possuem 7 elétrons na sua última camada. Destes, eles compartilham um elétron com o hidrogênio formando uma ligação e os outros 6 formam 3 pares não ligantes. Você pode chamar a atenção dos alunos que essa será uma molécula polar, uma vez que o flúor é muito mais eletronegativo que o hidrogênio.
O segundo modelo é o da água. Neste caso, o oxigênio possui 6 elétrons na sua última camada, e assim precisa de mais dois para completar o octeto. Os dois hidrogênio compartilham esses elétrons faltantes. Os outros 4 elétrons ficam em dois pares. Você pode pedir aos alunos que façam uma previsão sobre a polaridade da água. Quando olhamos para a molécula de água com os pares de elétrons e sua geometria angular, podemos perceber que a molécula não é simétrica em todas as direções. A água é uma molécula polar, com o lado do oxigênio mais negativo e os hidrogênios mais positivos.
O terceiro modelo é o da amônia, NH3. È interessante mostrar para os alunos que a geometria da molécula é uma pirâmide trigonal, ou seja, cuja base é um triângulo.
O último modelo é o metano, CH4. A molécula de metano é um tetraedro, sendo simétrica e portanto, uma molécula apolar.
Uma das características interessantes destes modelos é o seu tamanho. Como podemos ver na imagem acima, os modelos possuem um tamanho bem maior que os modelos moleculares comuns, o que permite que o professor chame a atenção dos alunos para os detalhes da geometria.
O que acontece
Finalmentes
Ter modelos moleculares com um tamanho adequado para auxiliar na visualização da geometria é algo que pode ser importante para a compreensão dos alunos sobre o papel da repulsão dos pares de elétrons na forma final da molécula. Nós já discutimos a geometria molecular usando o software gratuito Avogadro neste artigo do XCiência: Geometria Molecular com o Avogadro.
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