Quântica com Experimentos: Modelando com Quântica

por Alfredo Mateus

Este é mais um artigo da série em que mostramos como criamos a mostra interativa de experimentos “Química, Quântica e Sociedade”. A mostra foi criada para comemorar o Ano Internacional das Ciências e Tecnologias Quânticas. 2025 foi escolhido pela ONU como o ano para se celebrar os avanços científicos e tecnológicos decorrentes do estudo da mecânica quântica. A mostra foi financiada pelo CNPq

Vamos mostrar neste artigo como utilizamos um software de modelagem molecular para mostrar como a mecânica quântica nos ajuda a elaborar modelos da geometria de moléculas.  

Prepare o programa

O software que usamos nesta mesa foi o Avogadro. Este é um software gratuito para Windows. Você pode fazer o download do Avogadro versão 1.2 aqui:

https://sourceforge.net/projects/avogadro/files/latest/download

O Avogadro é um programa de modelagem molecular que é muito simples de ser utilizado. Após o donwload, instale o programa. Inicie o programa para verificar que está tudo certo.

Como usar na sua aula ou mostra

Existem várias abordagens que poderíamos utilizar para demonstrar o uso de programas de modelagem molecular. Decidimos que seria interessante mostrar ao visitante que o programa calcula a melhor posição relativa entre os átomos de uma molécula. Isso mostra que podemos usar o programa para verificar a geometria de moléculas e suas interações com moléculas vizinhas. 

Veja na galeria abaixo como o visitante pode criar uma molécula simples, distorcer sua forma e, em seguida, otimizar a sua geometria. 

Você pode também demonstrar moléculas conhecidas, abrindo arquivos em que estas moléculas foram criadas anteriormente. Por exemplo, você pode usar moléculas famosas como a cafeína, aspirina, adrenalina, etc. e mostrar a sua geometria tridimensional. Você pode também pedir aos alunos ou visitantes para criar essas moléculas no programa, a partir de uma fórmula estrutural, e depois otimizar sua geometria.

O que acontece

Átomos podem se juntar em moléculas quando uma ligação covalente é possível, e seus elétrons são compartilhados. Assim, uma ligação covalente pode ser vista como um par de elétrons, cada um vindo de um átomo diferente, sendo compartilhados entre os núcleos destes dois átomos. Como estes elétrons estão localizados em orbitais, e estes orbitais podem ser combinados entre si, diversas geometrias são possíveis.

Um dos fatores que influem nessa geometria é a repulsão entre estes pares de elétrons.Sem entrar em todos os detalhes sobre os modelos de ligação química e de geometria molecular, o ponto principal que queremos mostrar nesta mesa da mostra é que é possível se calcular quais serão os ângulos e distâncias entre os átomos que levam a uma configuração mais estável (de menor energia), e assim se chegar à geometria da molécula. Ou seja, se os átomos estivessem em outra posição, mais próximos do que deveriam, haveria uma maior repulsão entre os elétrons, levando os átomos a se arranjarem e ficarem mais distantes. Por outro lado, se os átomos estiverem muito distantes, eles são atraídos uns aos outros, e a molécula volta à confguração mais estável.

Poder modelar a configuração de moléculas é importante pois podemos usar essas informações para procurar moléculas que sejam boas candidatas a desempenharem uma função, por exemplo, como um remédio ou um bom catalisador para uma reação.

Finalmentes

Já falamos anteriormente sobre o Avogadro no XCiência. Ele é um programa muito poderoso e gratuito, que pode facilmente ser utilizado pelos alunos para investigar diversos aspectos sobre ligações químicas e geometria molecular. Veja alguns artigos em que apresentamos maneiras de usar este programa nas suas aulas:

http://www.xciencia.org/2023/11/05/geometria-molecular-com-o-avogadro/

http://www.xciencia.org/2020/07/24/visualizando-a-isomeria-otica-no-avogadro/

Não perca nossos próximos artigos na série sobre as montagens que podem ser usadas para se falar das Ciências e Tecnologias Quânticas.

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