Em 2025 nós publicamos um artigo que descrevia uma possibilidade de modelo para o cloreto de sódio, feito com a impressão 3d. Nesse modelo tínhamos os íons cloreto e sódio representados por esferas com tamanhos e cores diferentes. As esferas eram conectadas com pinos feitos com a impressão 3D. Na época, escrevemos que seria interessante ter moléculas de água que poderiam mostrar a solvatação dos íons e como o sal se dissolve na água. No presente artigo, vamos mostrar uma nova proposta de modelo, também feita inteiramente com o auxílio da impressão 3D e que incorpora as interações íon-dipolo entre a água e o sal.
Prepare o modelo
Recentemente, eu encontrei um modelo no site MakerWorld de um jogo da velha 3D. O jogo apresentava uma base e 9 hastes, onde esferas e blocos na forma da letra X podem ser encaixados. Quando eu vi esse jogo, eu imediatamente imaginei um modelo do cristal de cloreto de sódio. No lugar da letra X, teríamos esferas de tamanho diferente.
Entrando no software TInkerCAD, modelei a base de modo a ter hastes sólidas e que não iriam se quebrar facilmente. Para isso, coloquei na base dos cilindros das hastes um cone, que reforça a haste no ponto de encontro com a base.
Em seguida, criei esferas para o íon sódio e para o íon cloreto, usando a proporção entre os seus raios iônicos. Centralizei um cilindro vertical nas esferas e fiz um furo um pouco maior que o tamanho dos cilindros na base.
Eu logo percebi que se colocasse os dois íons lado a lado, eles não iriam ficar alinhados, já que o íon de sódio vai descer até a base e é menor que o íon cloreto. Eu precisava subir o íon de sódio com um pedaço de um íon cloreto. Após algumas contas e alguns testes, cortei a esfera do cloreto e acrescentei nas peças a serem impressas.
Duas das esferas precisavam ser diferentes, pois eu queria que o modelo de uma molécula de água contendo um ímã se ligasse aos íons e pudesse retirar a esfera do modelo, para mostrar a solvatação. Assim, fiz dois furos no tamanho de ímãs de 10 mm x 2 mm.
Em seguida, trabalhei no modelo da molécula de água. É difícil escolher uma escala correta para a água, em relação aos íons de sódio e cloreto, pois existem diversos dados na literatura e, no final, optei por priorizar a visualização do modelo.
Utilizei um sistema de parafusos para conectar os hidrogênios ao oxigênio. Coloquei um furo em um dos hidrogênios e no oxigênio para o mesmo tipo de ímã usado nos íons sódio e cloreto.
Nós imprimimos a base em uma cor escura, o íon sódio em bege e o íon cloreto em verde. Para montar, colocamos as peças do íon cloreto cortadas nas pontas e no centro. Em seguida, colocamos 5 esferas do íon sódio sobre essas peças. Os íons cloreto são colocados em seguida e completam a primeira camada. Na sequência, colocamos a segunda e terceira camada, sempre alternando o sódio e o cloreto. Por fim, colocamos os íons com os ímãs, um afastado do outro. Colamos os ímãs usando supercola.
A molécula de água é montada simplesmente parafusando os hidrogênios no átomo de oxigênio. É importante conferir a polaridade na hora de colar os ímãs. Os ímãs colocados no íon cloreto e no átomo de hidrogênio devem se atrair, então deixe polos opostos do lado de fora. Da mesma forma, os ímãs no íon sódio e no átomo de oxigênio devem se atrair, então arranje os ímãs corretamente. Note que o átomo de oxigênio da água deve atrair o sódio e também repelir o cloreto.
Use o modelo na sua aula
O modelo pode ser usado ao se trabalhar as ligações iônicas. O cloreto de sódio é um composto iônico típico. Você pode chamar a atenção para o fato de que os íons estão alternados, com o sódio cercado por íons cloreto e o cloreto cercado por íons cloro. Além disso, pode ser interessantedestacar que os íons sódio são menores que os íons cloreto. O sódio e o cloro estão no mesmo período da tabela periódica. Assim, se olharmos a tendência para átomos neutros, o sódio deveria ser representado maior que o cloro. Mas no caso dos íons a situação se reverte, pois o átomo de sódio perde o seu único elétron na sua última camada, ficando bem menor. Ao mesmo tempo, o cloro, ao ganhar um elétron na sua última camada, tem seu raio aumentado, devido às repulsões eletrônicas.
É interessante mostrar o processo de dissolução do cloreto de sódio usando o modelo. Mostre a molécula de água e lembre os alunos que ela é uma molécula polar. Ao encontrar o cristal de cloreto de sódio, a água vai se orientar para interagir com os íons positivos e negativos. Para interagir com o íon sódio, positivo, ela vai se orientar para apontar o átomo de oxigênio, que tem carga parcial negativa. Mostre como a molécula de água se liga ao íon e o carrega para longe do cristal. Ao tentar aproximar o lado incorreto da água do íon com a mesma carga, ocorre uma repulsão. Ao se aproximar do íon cloreto, o átomo de hidrogênio, que está parcialmente positivo, vai fazer a interação.
Finalmentes
Gostou do novo modelo? O modelo é compacto e fácil de transportar e permite uma visualização boa por toda a classe. Se você gostou do modelo, comente abaixo e comprtilhe com seus colegas.
