Moléculas

Molécula

• Segundo Demócrito, tudo o que existe é constituído por partículas muito pequenas e indivisíveis, os átomos. A grande diferença entre elas seria no tamanho e o formato que possuíam. Como se um átomo de sumo de limão fosse aguçado, de forma a picar a nossa língua e a provocar a sensação de acidez e um átomo de açúcar fosse redondo para deslizar suavemente…

No fundo, para os mais novos, o Universo seria um gigantesco jogo de Lego, formado por blocos pequeninos de diferentes tamanhos e formatos que se encaixavam uns nos outros, e os deuses uns grandes brincalhões que passavam a vida a fazer (e a desfazer) construções de Lego…

• Hoje, em homenagem a Demócrito, designamos por átomos os constituintes da matéria, apesar de sabermos que não se trata de partículas indivisíveis. Sabemos hoje que cada átomo é muito mais complicado do que uma peça única mas, sem nos determos ainda na sua constituição, vamos imaginar como funcionam para criar a matéria. No fundo existem apenas 111 átomos diferentes. Isso é de alguma forma surpreendente pois conseguimos apercebermo-nos de milhares e milhares de formas de manifestação da matéria, apenas pela experiência dos nossos sentidos. E se pensarmos que alguns desses 111 átomos só existem por fracções de segundo, e foram fabricados em laboratórios por cientistas, podemos imaginar que o que nos rodeia é uma manifestação de muito menor variedade de átomos, na realidade cerca de 80.

A cada tipo de átomo existente chamamos elemento e a cada forma da matéria constituída por um só tipo de átomo chamamos substância elementar. Exemplos de substâncias elementares são o diamante, o ferro, o mercúrio dos termômetros, o ozônio.

• Mas há muito mais do que as substâncias elementares! Há as substâncias compostas ou compostos. Elas são constituídas por dois ou mais tipos de átomos diferentes. A água e o dióxido de carbono são substâncias compostas, por exemplo.

Como é que se arrumam os átomos nas substâncias:

• Se eu pegar num pedaço de matéria e o partir ao meio e depois partir essa metade ao meio e depois partir essa metade de metade o meio e assim sucessivamente muitas e muitas vezes, onde é que eu vou parar? Se houver só um tipo de átomo, como é o caso das substâncias elementares, eu consigo dividir até ter um átomo só, dizem vocês. Mas não.

Na realidade há um representante da substância que é o mais pequeno constituinte dessa substância e a esse representante os químicos chamaram molécula. Nas substâncias elementares essa molécula é constituída por átomos todos iguais. Nas substâncias compostas há átomos de, pelo menos, dois tipos diferentes.

Numa reação química, o que acontece:

• Nas moléculas de uma substância as ligações entre átomos são quebradas e formam-se de seguida novas ligações entre átomos, originando moléculas diferentes.

Uma molécula é uma entidade eletricamente neutra que possui pelo menos dois átomos, todos ligados entre si mediante ligação covalente. Isto exclui todos os metais, que se constituem por inúmeros átomos de um único elemento todos ligados entre si mediante a ligação metálica e também todas as substâncias como o sal de cozinha, cujos átomos ligam-se mediante ligação iônica formando um agregado iônico e não moléculas, da lista de substâncias moleculares. 

• A presença de um único átomo ligado via ligação iônica à estrutura impede que a mesma seja classificada como molécula, mesmos que os demais elementos ligados para formá-la o façam via ligações covalentes. Fora da lista encontram-se também, de forma evidente, as substâncias simples constituídas por elementos da coluna 8A (gases nobres), já que estas só possuem átomos não ligados uns aos outros em sua estrutura, ou quando em estado sólido (em temperaturas próximas ao zero absoluto), têm estes fracamente ligados entre si via atrações elétricas resultante de dipolos elétricos mutuamente induzidos, ligação em muito similar à iônica.

Rigorosamente, uma molécula corresponde a uma união entre dois ou mais átomos que, em termos de diagramas energéticos (energia potencial U em função da separação espacial de seus átomos), é representada por uma depressão suficiente para confinar pelo menos um estado vibracional (um estado ligante).

Ligação molecular:

• Um antigo conceito diz que uma molécula é a menor parte de uma substância que mantém suas características de composição e propriedades químicas, entretanto tem-se conhecimento atualmente que as propriedades químicas de uma substância não são determinadas por uma molécula isolada, mas por um conjunto mínimo destas.

Muitas substâncias familiares são feitas de moléculas (por exemplo açúcar, água, e a maioria dos gases) enquanto muitas outras substâncias igualmente familiares não são moleculares em sua estrutura (por exemplo sais, metais, e os gases nobres). 

Molécula de Flúor

Moléculas:

• Quando iniciou-se o estudo e formulação da teoria atômica, era dado o nome de átomo a qualquer entidade química que poderia ser considerada fundamental e indivisível. As observações no comportamento dos gases levaram ao conceito de átomo como unidade básica da matéria e relacionada ao elemento químico, desta forma, houve uma distinção da molécula como "porção fundamental de todo composto", obtida pela união de vários átomos por ligações de natureza diferente.

Basicamente, o átomo abriga em seu núcleo partículas elementares de carga elétrica positiva (prótons) e neutra (nêutrons), este núcleo atômico é rodeado por uma nuvem de elétrons em movimento contínuo (eletrosfera). A maioria dos elementos não são inertes, por isso, quando dois átomos se aproximam, há uma interação de natureza eletromagnética entre as nuvens eletrônicas e os núcleos dos respectivos átomos. 

• As nuvens eletrônicas se rearranjam em torno dos núcleos de forma a minimizar a energia potencial do sistema formado pela união dos mesmos, e uma ligação química estabelece-se. Os átomos se ligam e formam agregados que podem ou não constituir moléculas dependendo da natureza da ligação química estabelecida. Quando há compartilhamento entre os núcleos de alguns de seus elétrons e estes elétrons permanecem em regiões espaciais bem definidas no espaço (nos orbitais) de forma a envolverem apenas os dois átomos em questão, tem-se uma ligação molecular. Quando há o confisco de elétrons de um átomo pelo outro, formam-se íons e tem-se uma ligação iônica.

 Na ligação metálica, elétrons são compartilhados, mas, ao contrário da ligação molecular, isto não se dá de forma localizada entre dois átomos vizinhos. Uma única nuvem de elétrons, com elétrons doados por todos os átomos, distribui-se sobre todos os átomos simultaneamente e de forma bem deslocalizada (o que confere as características de maleabilidade e ductibilidade aos metais). 

• A natureza de suas moléculas determina as propriedades químicas das substâncias moleculares. Estas dependem da natureza dos átomos que integram suas moléculas, da natureza e da intensidade da ligação estabelecida, orientação espacial destes, e também da inter-relação entre moléculas, que pode dar-se mediante vários mecanismos distintos, a saber por polarização induzida, por ligações por ponte de hidrogênio, e outros.

Uma ligação entre dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio (H2O), forma uma molécula de água; uma ligação entre dois átomos de cada um desses mesmos elementos produz peróxido de hidrogênio (H2O2), vulgarmente chamado de água oxigenada, cujas propriedades são bem diferentes das da água. 

• Os átomos também se ligam em proporções idênticas, mas podem formar isômeros, que são moléculas diferentes. No álcool etílico (CH3CH2OH) e o éter metílico (CH3OCH3), é a diferença de arrumação dos átomos que estabelece ligações diferentes, moléculas diferentes, e portanto substâncias moleculares com propriedades diferentes.

A distribuição espacial dos átomos que formam uma molécula depende das propriedades químicas e do tamanho destes. Quando igualmente eletronegativos os átomos formam ligações classificadas como apolares. Moléculas com átomos cujas eletronegatividades sejam diferentes também podem formar moléculas apolares em função de uma distribuição simétrica destes átomos, mas em caso de ausência de simetria, as moléculas formadas serão polares.  Substâncias moleculares podem também, de forma similar às iônicas e aos metais, formar cristais.

Quando possuem átomos de oxigênio e de nitrogênio, as moléculas dos
compostos orgânicos são polares e suas temperaturas de ebulição
são mais elevadas