Neste artigo vamos explicar como você pode construir um modelo para o gelo usando a impressão 3D. Vamos também dar algumas sugestões para seu uso em sala de aula.
Prepare o modelo
Existem diversos conjuntos de modelos moleculares disponíveis no mercado. Muitos deles são importados, com um preço menos acessível. Além disso, muitas caixas de modelos moleculares possuem um número de peças pequeno, ou possuem poucas peças do mesmo átomo, o que impede a produção de um modelo maior como o que vamos mostrar aqui.
Podemos encontrar várias opções de modelos moleculares que podem ser feitos pelo professor. Nós publicamos um modelo molecular que pode ser produzido com o corte a laser. Diversos modelos 3D de modelos moleculares estão disponíveis gratuitamente na Internet para serem produzidos com a impressão 3D. Vamos usar um desses modelos na produção do modelo do gelo.
O modelo que usamos foi adaptado de modelos disponíveis no site Maker World: https://makerworld.com/pt/models/584525-molymod-compatible-atom-tetrahedral-23-mm.
https://makerworld.com/pt/models/866787-molymod-compatible-atom-single-bore-17-mm
Estes modelos são clones de um modelo molecular comercial. Escolhemos este modelo de um carbono sp3, mas vamos usá-lo para imprimir os átomos de oxigênio das moléculas de água, uma vez que precisamos de 4 conexões. O outro modelo que usamos é para os átomos de hidrogênio das moléculas de água. A partir desses modelos, criamos uma conexão curta, que liga o oxigênio aos átomos de hidrogênio da água. E usamos a conexão longa criada pelo autor do modelo, para as ligações de hidrogênio que ficam entre as moléculas de água no gelo.
Para o modelo do gelo você vai precisar:
- 26 peças vermelhas – oxigênio (com quatro conexões em um tetraedro)
- 52 peças brancas – hidrogênio (com duas conexões)
- 52 conectores brancos curtos para o hidrogênio
- 37 conectores longos coloridos para a ligação de hidrogênio
Sendo assim, você vai precisar de filamento PLA de 3 cores: vermelho, branco e mais uma cor diferente para as conexões das ligações de hidrogênio (nós usamos roxo ou azul para essas conexões).
Criamos um arquivo .3MF que permite colocar várias placas para um mesmo projeto. Cada placa pode ser impressa separadamente, bastando selecionar a placa e mandar o software fatiar os modelos para a sua impressora.
Você pode baixar o arquivo no link abaixo. O arquivo está compactado como um arquivo . ZIP. Após baixar, você deve descompactar o arquivo e m seguida, abrir o arquivo . 3MF em um software fatiador compatível (como o Bambu Studio).
Use o modelo na sua aula
O modelo do gelo pode ser usado para mostrar as interações intermoleculares que ocorrem em moléculas de água. As moléculas de água são fortemente polares, tendo um lado parcialmente carregado negativamente (o lado do átomo de oxigênio) e outro lado parcialmente carregado positivamente (o lado dos átomos de hidrogênio).
Isso faz com que as moléculas de água se orientem, de forma que os átomos de hidrogênio apontem para átomos de oxigênio de moléculas vizinhas. A interação entre moléculas de água é uma interação entre dipolos permanentes. No caso da água e outras moléculas em que temos átomos de hidrogênio interagindo com átomos de oxigênio, nitrogênio e flúor, devido à alta eletronegatividade desses átomos, a interação se torna mais forte e recebe um nome especial: ligação de hidrogênio (que é um péssimo nome, uma vez que não é uma ligação propriamente dita, mas sim uma interação molecular).
Uma das consequências das ligações de hidrogênio na água é o que acontece quando ela se torna sólida. Na água líquida, as ligações de hidrogênio são formadas e quebradas o tempo todo, à medida que as moléculas de água se movem umas sobre as outras. Ao se abaixar a temperatura, esse movimento diminui e as moléculas de água se orientam na direção das ligações de hidrogênio e, ao ocorrer a solidificação, são travadas nessa posição. O resultado é que a distância média entre as moléculas aumenta, e a densidade do gelo fica menor que a da água líquida. Podemos perceber isso no modelo, observando os espaços vazios hexagonais.
Finalmentes
Você usa modelos moleculares em suas aulas? Gostou do modelo do gelo? Deixe um comentário abaixo. Compartilhe este artigo com seus colegas.
