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  As moléculas associadas às nossas sensações, sentimentos e emoções.

 

"Moléculas Sensacionais" vai trazer-nos ao programa Click da Antena 1, a partir de 4 de janeiro, apontamentos de cerca de um minuto sobre as moléculas responsáveis pelas nossas sensações, sentimentos e emoções. Os textos serão posteriormente publicados no Diário de Aveiro, na rubrica semanal Laboração Contínua, da responsabilidade da Fábrica Centro Ciência Viva de Aveiro.

Da criatividade ao carinho, do otimismo à fidelidade, há moléculas sensacionais envolvidas, e elas vão passar numa rádio (e num jornal) perto de si.

 

As imagens da química

Um programa acerca de moléculas não fica completo sem imagens. As imagens que representam a visão que actualmente temos dessas moléculas – e que incorporam conceitos fundamentais da química, tais como átomo, ligação química, estrutura molecular e densidade electrónica.

Uma molécula é uma associação de átomos, unidos entre si por ligações químicas, e cujas propriedades resultam da geometria (estrutura) molecular e da distribuição electrónica correspondente. E como representar tudo isto numa imagem?

A representação mais realista é talvez o modelo de “preenchimento espacial” (do inglês ‘space filling’) e que aqui vamos designar por representação “em volume”.

Na representação em volume, os átomos são representados por esferas que se interceptam, construindo uma forma tridimensional que corresponde genericamente à forma da molécula e cuja superfície descreve a distribuição da densidade electrónica na molécula (ou seja, a molécula como é “vista”, ou melhor, “sentida”, pelas outras moléculas).

Sempre que possível a imagem é colorida, e utiliza-se um código de cores para distinguir os diferentes átomos. O código de cores deve fazer parte da legenda (os átomos não são esferas coloridas), mas há já algumas cores convencionais e de utilização muito generalizada: Oxigénio a vermelho, Nitrogénio a azul e Cloro a verde… enquanto os átomos de Carbono e de Hidrogénio ficam normalmente pelo preto e branco, ou gradações de cinzento. Mas não há uma “convenção universal”, pelo que as cores usadas dependem muito do gosto do autor!

Esta representação é muito utilizada em moléculas de pequena dimensão, como a molécula de água, constituída por um átomo de oxigénio ligado a dois átomos de hidrogénio (H2O):

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Fig. 1 – Molécula de água: fórmula química, esquema de ligações e representação em volume.

No entanto, em moléculas de maior dimensão esta representação não permite perceber o detalhe da estrutura molecular, em particular, aquilo que constitui uma das bases conceptuais da química: a ligação química, ou seja a ligação entre os átomos constituintes da molécula.

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Fig. 2 – Representação em volume de uma molécula simples (etanol) e de duas moléculas mais complexas (ácido N-acetil aspártico e testosterona).

Neste caso é mais rica a representação dos átomos por esferas de menores dimensões, ligadas entre si por linhas ou cilindros, que representam explicitamente as ligações químicas.

Este modelo de esferas e bastões (‘ball and stick’) é aqui designado por representação de “esferas ligadas”.

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Fig. 3 – Representação de uma molécula simples (etanol) e de duas moléculas mais complexas (ácido N-acetil aspártico e testosterona), por esferas ligadas.

Neste modelo há normalmente uma tentativa de continuar a respeitar as dimensões relativas dos átomos: neste exemplo, as esferas que ocupam as posições dos átomos de Hidrogénio são menores que as que representam os átomos de carbono são as maiores.

As versões simplificadas deste modelo omitem as “esferas atómicas”, deixando apenas a rede de ligações químicas. É o caso das representações de bastonetes (“stick”) e em moldura de arame (tradução literal de “wireframe”). As posições dos átomos são definidas pelos pontos de encontro das ligações. Frequentemente, cada extremidade dos bastonetes apresenta uma cor associada ao átomo que representa (seguindo o código mencionado acima).

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Fig. 4 – Representação por bastonetes de uma molécula simples (etanol) e de duas moléculas mais complexas (ácido N-acetil aspártico e testosterona).

Todas estas representações são tridimensionais, o que significa que nem sempre resultam bem a duas dimensões, como nas páginas de um livro, de um artigo científico, ou num quadro em sala de aula!

A solução universalmente aceite pelos cientistas para a representação a duas dimensões de uma estrutura molecular tridimensional é a representação de ligação-por- linha (em inglês, “bondline”), que aqui vamos designar por “linha quebrada”.

A representação em linha quebrada é uma simplificação da representação de moldura de arame, especialmente adaptada à representação de compostos de Carbono (os chamados compostos orgânicos, dos se conhecem actualmente cerca de 10 milhões): as ligações químicas são representadas por segmentos de recta que se unem nas posições dos átomos. Os átomos de carbono são omitidos, assumindo-se que ocupam os vértices das linhas quebradas que representam a molécula. Os átomos de hidrogénio ligados a esses átomos de carbono são também omitidos (porque sabemos que estão lá) e todos os restantes são representados pelos seus símbolos químicos (letras).

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Fig. 5 – Representação em linha quebrada de uma molécula simples (etanol) e de duas moléculas mais complexas (ácido N-acetil aspártico e testosterona).

A complexidade dos sistemas químicos impede que haja uma “representação universal” , adequada a todas as áreas. Sem desenvolver aqui o tema, merecem referência dois exemplos concretos:

Nas proteínas, o número de átomos conta-se pelos milhares, tornado ininteligíveis as representações acima descritas. A solução é a representação em fita.

Nos sólidos designados por inorgânicos (baseados em outros átomos que não o Carbono) não há moléculas individuais, apenas estruturas tridimensionais repetitivas que constituem um cristal. Para entender essas estruturas é mais útil a representação por poliedros.

 

 

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