What is the shape of a molecule? - George Zaidan and Charles Morton

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Mafalda Ferreira

What is the shape of a molecule?

Qual é a forma de uma molécula?

Well, a molecule is mostly empty space.

Uma molécula é quase só espaço vazio.

Almost all of its mass is concentrated

Quase toda a sua massa está concentrada

in the extremely dense nuclei of its atoms.

nos núcleos extremamente densos dos seus átomos.

And its electrons,

Os eletrões que determinam

which determine how the atoms

are bonded to each other,

como os átomos estão ligados uns aos outros,

are more like clouds of negative charge

são mais como nuvens de carga negativa

than individual, discrete particles.

do que partículas individuais e separadas.

So, a molecule doesn't have a shape

Portanto, uma molécula não tem uma forma

in the same way that, for example,

como, por exemplo, uma estátua tem uma forma.

a statue has a shape.

But for every molecule,

Mas, para cada molécula, há pelo menos uma forma

there's at least one way

to arrange the nuclei and electrons

de organizar os núcleos e os eletrões

so as to maximize the attraction

de modo a maximizar a atração de cargas opostas

of opposite charges

and minimize the repulsion

e a minimizar a repulsão de cargas iguais.

of like charges.

Now, let's assume that the only electrons

Imaginemos que os únicos eletrões que interessam

that matter to a molecule's shape

are the outermost ones from each participating atom.

para a forma de uma molécula

são os eletrões mais exteriores de cada átomo participante.

And let's also assume

E imaginemos também

that the electron clouds in between atoms,

que as nuvens de eletrões entre os átomos,

in other words, a molecule's bonds,

ou seja, as ligações de uma molécula,

are shaped kind of like sausages.

têm a forma de salsichas.

Remember that nuclei are positively charged

Lembrem-se que os núcleos têm carga positiva

and electrons are negatively charged,

e os eletrões têm carga negativa.

and if all of a molecule's nuclei

Se amontoássemos todos os núcleos

were bunched up together

or all of its electrons were bunched up together,

ou todos os eletrões de uma molécula,

they would just repel each other and fly apart,

eles repelir-se-iam uns aos outros e separavam-se,

and that doesn't help anyone.

e isso não ajuda ninguém.

In 1776, Alessandro Volta,

Em 1776, Alessandro Volta,

decades before he would eventually invent batteries,

décadas antes de inventar as baterias,

discovered methane.

descobriu o metano.

Now, the chemical formula of methane is CH4.

A fórmula química do metano é CH4.

And this formula tells us

Esta fórmula diz-nos que cada molécula de metano

that every molecule of methane

is made up of one carbon and four hydrogen atoms,

é formada por um átomo de carbono e quatro átomos de hidrogénio,

but it doesn't tell us what's bonded to what

mas não nos diz o que é que está ligado a quê

or how they atoms are arranged in 3D space.

nem como é que os átomos estão organizados num espaço a 3D.

From their electron configurations,

A partir das configurações dos eletrões

we know that carbon can bond

sabemos que o carbono pode ligar-se com quatro outros átomos

with up to four other atoms

and that each hydrogen can only bond

e que cada átomo de hidrogénio só se pode ligar a outro átomo.

with one other atom.

So, we can guess

Assim, podemos imaginar

that the carbon should be the central atom

que o carbono deve ser o átomo central

bonded to all the hydrogens.

ligado a todos os átomos de hidrogénio.

Now, each bond represents

Cada ligação representa a partilha de dois eletrões

the sharing of two electrons

and we draw each shared pair of electrons as a line.

e traçamos cada par de eletrões como uma linha.

So, now we have a flat representation

Agora temos uma representação plana desta molécula,

of this molecule,

but how would it look in three dimensions?

mas qual seria o seu aspeto em três dimensões?

We can reasonably say

Podemos dizer, com toda a lógica,

that because each of these bonds

que, como cada uma destas ligações é uma região de carga elétrica negativa

is a region of negative electric charge

and like charges repel each other,

e como cargas iguais se repelem,

the most favorable configuration of atoms

a configuração mais favorável dos átomos

would maximize the distance between bonds.

maximizaria a distância entre ligações.

And to get all the bonds

Para manter todas as ligações

as far away from each other as possible,

tão distantes umas das outras quanto possível,

the optimal shape is this.

a forma otimizada é esta.

This is called a tetrahedron.

Chama-se a isto um tetraedro.

Now, depending on the different atoms involved,

Consoante os diferentes átomos envolvidos,

you can actually get lots of different shapes.

podemos ter muitas formas diferentes.

Ammonia, or NH3, is shaped like a pyramid.

O amoníaco, ou NH3, tem a forma de uma pirâmide.

Carbon dioxide, or CO2, is a straight line.

O dióxido de carbono, ou CO2, é uma linha reta.

Water, H2O, is bent like your elbow would be bent.

A água, ou H2O, é dobrada, como um cotovelo dobrado.

And chlorine trifluoride, or ClF3,

E o trifluoreto de cloro, ou CIF3,

is shaped like the letter T.

tem a forma da letra T.

Remember that what we've been doing here

Lembrem-se que o que temos estado a fazer aqui

is expanding on our model of atoms and electrons

é expandir o nosso modelo de átomos e eletrões

to build up to 3D shapes.

para criar formas a 3D.

We'd have to do experiments

Tivemos de fazer experiências para imaginar se estas moléculas

to figure out if these molecules

actually do have the shapes we predict.

têm realmente as formas que prevemos.

Spoiler alert:

Mas atenção:

most of the do, but some of them don't.

a maior parte tem, mas nem todas.

Now, shapes get more complicated

as you increase the number of atoms.

As formas começam a complicar-se

quando aumentamos o número de átomos.

All the examples we just talked about

Todos os exemplos de que temos falado

had one obviously central atom,

têm um átomo obviamente central,

but most molecules,

mas a maioria das moléculas,

from relatively small pharmaceuticals

desde as mais simples,

all the way up to long polymers

até aos longos polímeros,

like DNA or proteins, don't.

como o ADN ou as proteínas, não têm.

The key thing to remember

O principal a não esquecer

is that bonded atoms will arrange themselves

é que os átomos ligados organizam-se

to maximize the attraction between opposite charges

para maximizar a atração entre cargas opostas

and minimize the repulsion between like charges.

e minimizar a repulsão entre cargas iguais.

Some molecules even have two or more

Algumas moléculas até têm dois ou mais arranjos estáveis de átomos,

stable arrangements of atoms,

and we can actually get really cool chemistry

e podemos obter reações químicas geniais

from the switches between those configurations,

a partir das mudanças entre essas configurações,

even when the composition of that molecule,

mesmo quando a composição dessa molécula,

that's to say the number and identity of its atoms,

ou seja, o número e a identidade dos seus átomos,

has not changed at all.

não se modificou nada.