Moléculas e fórmulas químicas

Fórmulas químicas e sua notação

Quaisquer substâncias e moléculas são representadas por escrito usando fórmulas químicas. Elas consistem em símbolos de elementos químicos e índices numéricos que indicam o número exato de átomos de cada elemento (sendo que o índice «1» tradicionalmente não é escrito).

Não existe uma regra única e estrita para a ordem em que os elementos são escritos, mas certas tradições se estabeleceram:

• Oxigênio é mais frequentemente escrito na última posição.
• Hidrogênio é colocado em primeiro lugar em ácidos inorgânicos (por exemplo, $H_2SO_4$), enquanto em compostos orgânicos é costume escrevê-lo imediatamente após o carbono.

As moléculas em si são divididas em tipos dependendo do número de átomos. As diatômicas podem formar substâncias homonucleares simples (oxigênio $O_2$ e nitrogênio $N_2$) ou heteronucleares complexas (monóxido de carbono $CO$, cloreto de hidrogênio $HCl$). As moléculas triatômicas incluem, por exemplo, a água.

Evidência da estrutura da substância usando a água como exemplo

A microscopia comum não permite visualizar moléculas não gigantes como o $H_2O$. O principal método que prova a presença de moléculas e determina com precisão a disposição dos átomos em uma substância sólida é a cristalografia de raios X (difração de raios X).

A análise da estrutura da água sólida (gelo) revelou dois tipos de distâncias:

1. Intramolecular (100 pm): Dois átomos de hidrogênio estão quimicamente ligados a cada átomo de oxigênio. Eles formam uma molécula intacta.
2. Intermolecular (176 pm): A distância até os átomos de uma molécula vizinha é significativamente maior; não há ligação química forte entre eles.

É essa diferença substancial nas distâncias (100 pm versus 176 pm) que serve como prova irrefutável de que a água consiste em moléculas discretas e não em uma rede atômica contínua.

Além disso, um composto químico difere radicalmente de uma mistura. Uma mistura contém substâncias diferentes cuja separação é um processo físico. Já a decomposição da água (por exemplo, por eletrólise em 1 g de hidrogênio e 8 g de oxigênio para cada 9 g de água) é a destruição das próprias moléculas, ou seja, um processo químico.

Geometria espacial das moléculas

A estrutura espacial de várias moléculas difere muito, o que determina suas propriedades:

• Água ($H_2O$): Possui estrutura angular.
• Dióxido de carbono ($CO_2$): Ao contrário da água, esta é uma molécula linear. Todos os três átomos estão localizados em uma linha reta.
• Benzeno ($C_6H_6$): Molécula plana. Os átomos de carbono estão no mesmo plano e formam um hexágono regular.
• Amônia ($NH_3$): Tem o formato de uma pirâmide trigonal. Um átomo de nitrogênio está localizado no ápice e os átomos de hidrogênio nos cantos da base.
• Etano ($C_2H_6$): Consiste em dois fragmentos $CH_3$, cuja principal característica é a capacidade de girar independentemente um do outro em torno do eixo da ligação $C-C$.
• Glicose ($C_6H_{12}O_6$): Possui estrutura cíclica (cinco átomos de carbono e um átomo de oxigênio formam um hexágono). Essa conformação não é plana, mas distorcida (como uma folha de papel dobrada), com dois cantos opostos curvados para cima e para baixo.

Métodos de modelagem gráfica

Para visualizar moléculas, utilizam-se modelos onde os átomos são representados por partículas esféricas e seus tamanhos correspondem a dados de pesquisa reais. Vale lembrar que ao representar redes 3D em um plano, algumas distâncias podem parecer distorcidas devido ao efeito de perspectiva.

Principais métodos de representação:

1. Modelo de esferas compactas — mostra claramente os tamanhos relativos dos átomos.
2. Modelo deformado — reflete a sobreposição mútua das nuvens eletrônicas quando ocorre uma ligação química (deformação dos átomos).
3. Modelo de bolas e varetas — os raios das esferas são artificialmente reduzidos e as linhas indicam a presença de uma ligação. Permite examinar melhor a disposição mútua dos elementos no espaço.
4. Fórmula estrutural — a representação mais convencional, contendo apenas símbolos de elementos e traços.

Em alguns modelos educacionais, é utilizada uma codificação de cores específica: o carbono é indicado em branco (⚪), o hidrogênio em preto (⚫), o oxigênio em cinza (🔘) e o nitrogênio em cinza escuro (🌑).

Questões de aulas e exames

O que mais estudar sobre o tema

• Características das moléculas diatômicas homonucleares e heteronucleares.
• O mecanismo de decomposição das moléculas de água por eletrólise.
• Princípios das mudanças conformacionais na molécula de etano durante a rotação em torno da ligação C-C.
• Distorções na percepção visual ao construir projeções de redes cristalinas.

Outros tópicos da seção «Capítulo 1. Substâncias. Propriedades e estrutura»

Material preparado por professores da WhiteCoat Pro de acordo com o currículo de medicina. Possui caráter educacional.