Modelos moleculares, Guías, Proyectos, Investigaciones de Química Orgánica

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Instituto Tecnológico de 2

Durango

Ingeniería Bioquímica.

Química Orgánica I

Maestra Verónica Romo

Viggers

Práctica 2 "Modelos

moleculares”

Nombre del alumno: León

Hernández Ana Lulú

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Marco Teórico.

l modelado molecular o simulación molecular es un término general que engloba métodos teóricos y técnicas computacionales para modelar, imitar y predecir el comportamiento de las moléculas, es un modelo físico que representa moléculas y sus procesos. Las técnicas y métodos utilizados se encuentran en un amplio rango de campos de la física (termodinámica, mecánica clásica, mecánica estadística, mecánica cuántica, física matemática y ciencia de materiales), la química computacional y la bioquímica para el estudio de sistemas moleculares que abarcan desde pequeños sistemas químicos a grandes moléculas biológicas y materiales cristalinos.^2

E

En el siglo XVII, Johannes Kepler especuló sobre la simetría de los copos de nieve y también sobre la compactación de objetos esféricos como frutas (este problema permaneció sin resolver hasta hace muy poco). La disposición simétrica de esferas muy compactas informó las teorías de la estructura molecular a finales del siglo XIX, y muchas teorías de la cristalografía y la estructura inorgánica de estado sólido utilizaron colecciones de esferas iguales y desiguales para simular el empaquetamiento y predecir la estructura. John Dalton representó compuestos como agregaciones de átomos circulares, y aunque Johann Josef Loschmidt no creó modelos físicos, sus diagramas basados en círculos son análogos bidimensionales de modelos posteriores. A August Wilhelm von Hofmann se le atribuye el primer modelo molecular físico alrededor de 1860 (^2) A. R. Leach, Molecular Modelling: Principles and Applications, 2001, ISBN 0-582-38210-

2 Los modelos tienen la finalidad de inspirar la imaginación, estimular el pensamiento y asistir en el proceso de visualización. Los libros de texto de química orgánica contienen lenguaje gráfico para describir las moléculas y las reacciones, sin embargo, los modelos moleculares incrementan la comprensión a través de una asociación más vivida. En los modelos utilizados los átomos se representan por centros (bolitas) de plástico de diversos colores con prolongaciones para asociar los enlaces con el ángulo correcto.

Tipos de modelos^3

Modelos moleculares de varillas El modelo molecular de varillas es muy adecuado para comprobar la isomería, ya que permite centrarte en la estructura molecular. Por ejemplo, para estudiar las dos conformaciones más habituales del ciclohexano (ciclohexano bote y ciclohexano silla) El modelo molecular de varillas no es de los más vistosos, pero lo cierto es que para isomería me parece muy adecuado; te permite centrarte en la estructura molecular. Modelos moleculares de barras y esferas En 1865, el químico alemán August Wilhelm von Hofmann fue el primero en crear los modelos moleculares de barras y esferas. Usó los modelos en una conferencia en laRoyal Institution of Great Britain (Real Institución de Gran Bretaña) que es una organización dedicada a la educación y la investigación científicas situada en Londres. Aunque ya habéis visto que como alumna comencé con un modelo molecular de varillas, hoy en día me decanto por los modelos moleculares de bolas de polipropileno que me parecen más llamativos y resultones. Modelos moleculares de espacio lleno (Spacefill molecular models) Estos modelos moleculares son menos manejables, pero ofrecen una perspectiva más acercada a la realidad de la sustancia y al volumen que efectivamente ocupan los átomos en una molécula. Las esferas que representan los átomos en este tipo de modelo molecular son proporcionales al radio atómico medio que presentan en las distintas sustancias, de modo que, aunque no hay una visualización clara de los enlaces químicos entre átomos, sí que vemos el espacio completo ocupad Modelos moleculares gigantes de polipropileno para profesores (^3) Modelos moleculares para química: tipos y características. (2014, September 7). Retrieved April 19, 2021, from Quimitube.com website: https://www.quimitube.com/modelos-moleculares/

2 Metales Alcalinos (Li, Na, K, Rb, Cs) Violeta Metales Alcalinotérreos (Be, Mg, Ca, Sr, Ba,Ra) Verde oscuro Titanio Gris Hierro Anaranjado Otros elementos Rosado

Geometría molecular tetraédrica

En la que un átomo central se encuentra en el centro enlazado químicamente con cuatro sustituyentes que se encuentran en las esquinas de un tetraedro. Algunos ejemplos de especies químicas con esta geometría son el metano (CH4), el ion amonio (NH4+), o los aniones sulfato (SO42-) y fosfato (PO43-). La práctica totalidad de los compuestos orgánicos saturados, y la mayoría de los compuestos de Si, Ge, y Sn son tetraédricos. A menudo, las moléculas tetraédricas muestran enlaces múltiples a ligandos exteriores, como en tetraóxido de xenón (XeO4), el ion perclorato (ClO4-), el ion sulfato (SO42-) o el ion fosfato (PO43-).^5 El tetraedro en la química Existe una enorme cantidad de moléculas tetraédricas derivadas de distintos elementos de la tabla periódica y los maestros de química (y sobre todo los de química orgánica) nos referimos a ellas sin hacer notar a los estudiantes que existen de dos tipos: las que contienen un átomo en el centro del tetraedro y las que no. La diferencia entre unas y otras es la conectividad que tienen los átomos que se encuentran en los vértices, pues mientras que en las primeras dichos átomos se encuentran enlazados entre sí

Hibridación

la Hibridación de orbitales atómicos fue postulada por Pauling en el 1931 para poder explicar la geometría experimental determinada para algunas moléculas. Considera que los orbitales atómicos se pueden combinar entre ellos (las funciones matemáticas de los orbitales atómicos, ya que es únicamente un desarrollo matemático) para dar lugar a unos orbitales resultados de dicha combinación («mezclas») que llamamos orbitales híbridos. Se obtienen tantos orbitales híbridos como orbitales atómicos se (^5) Moléculas tetraédricas, AB4. (n.d.). Retrieved April 20, 2021, from Quimicafisica.com website: http://www.quimicafisica.com/geometria- molecular-tetraedricas.html

2 combinen (si se combinan 3 orbitales atómicos, se obtienen 3 orbitales híbridos). 67 En pocas palabras la hibridación consiste en una mezcla de orbitales puros en un estado excitado para formar orbitales híbridos equivalentes con orientaciones determinadas en el espacio.^8  Hibridación sp Combinación de un orbital s y de un orbital p para dar dos orbitales híbridos que reciben el nombre de «híbridos sp» y se disponen de forma lineal  Hibridación sp Combinación de un orbital s y de 2 orbitales p para dar tres orbitales híbridos que reciben el nombre de «híbridos sp2» y se disponen de forma trigonal plana.  Hibridación sp Combinación de un orbital s y de 3 orbitales p para dar cuatro orbitales híbridos que reciben el nombre de «híbridos sp3» y se disponen de forma tetraédrica. Los compuestos cuyo átomo central presenta hibridación sp central sólo pueden formar enlaces simples dado que no tiene orbitales p libres que puedan formar un enlace pi de solapamiento lateral Tipo de hibridación Orbital geometría ángulos Enlaces SP^3 4 SP^3 Tetraédrica^ 109º^ Sencillos SP^2 3 SP^2 y 1p Trigonal 120º dobles SP 2 SP y 2p plana 180º triples

Simulación molecular mediante ordenador.

Con el avance de la informática ha sido posible técnicamente construir programas que, bien como aplicaciones propias, bien integrados en los navegadores de Internet, permiten visualizar moléculas en tres dimensiones, incluso rotarlas y modificarlas. (^6) Hibridación de orbitales atómicos: tipos. (n.d.). Retrieved April 19, 2021, from Quimitube.com website: https://www.quimitube.com/videos/introduccion-a-la-hibridacion-de-orbitales-atomicos/ (^7) Hibridación de orbitales. (n.d.). Retrieved April 19, 2021, from Aragon.es website: http://iesdmjac.educa.aragon.es/departamentos/fq/temasweb/fqdmiral/QUI2BAC/QUI2BAC%20Tema%208%20Enlace%20quimico%20y %20propiedades%20de%20las%20sustancias/6_hibridacin_de_orbitales.html (^8) Hibridación de orbitales. (n.d.). Retrieved April 19, 2021, from Aragon.es website: http://iesdmjac.educa.aragon.es/departamentos/fq/temasweb/fqdmiral/QUI2BAC/QUI2BAC%20Tema%208%20Enlace%20quimico%20y %20propiedades%20de%20las%20sustancias/6_hibridacin_de_orbitales.html

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Moléculas Forma

Geométrica

Angulo de

Enlace

Orbitales

Híbridos

Orbitales

Puros

Propano

C 3 H 8

109° 3 orbitales Sp^3 1 puro

Buteno

C 4 H 8

120° 3 orbitales Sp 2 1 puro

Pentino

C 5 H 8

180° 3 orbitales Sp 2 0 puro

Llene el siguiente cuadro con los orbitales que forme

Cuestionario

1. ¿Para qué sirve un modelo molecular? Es un término general que engloba métodos teóricos y técnicas computacionales para modelar, imitar y predecir el comportamiento de las moléculas.
2. ¿Qué importancia tiene el hecho de que los átomos se pinten de colores diferentes? los modelos moleculares se ciñen a unos colores que podemos considerar estándar, y que también reciben el nombre de colores CPK (Corey, Pauling y Koltun, que fueron los pioneros en la creación de los modelos moleculares). es una convención de color popular para distinguir átomos de diferentes elementos químicos en modelos moleculares. Así, centrándonos únicamente en los más habituales^9 : o Blanco para hidrógeno o Negro para el carbono o Azul cielo para nitrógeno o Rojo para oxígeno
3. ¿Qué importancia tienen los modelos moleculares en el estudio de la química orgánica? (^9) Coloración CPK. (2018, April 5). Retrieved April 20, 2021, from Hisour.com website: https://www.hisour.com/es/cpk-coloring-27099/

2 Para modelar, imitar y predecir el comportamiento de las moléculas.

4. ¿Qué características tienen los modelos tridimensionales? En física, geometría y análisis matemático, un o veto o ente es tridimensional si tiene tres dimensiones. Es decir, cada uno de sus puntos puede ser localizado especificando tres números dentro de un cierto rango. Por ejemplo, anchura, longitud y profundidad. Su importancia radica en la ordenación espacial de los átomos en una molécula (incluyendo distancias de enlace y ángulos de enlace) y los enlaces químicos que mantienen unidos a los átomos.^10
5. ¿Qué características tiene una molécula tetraédrica? En la que un átomo central se encuentra en el centro enlazado químicamente con cuatro sustituyentes que se encuentran en las esquinas de un tetraedro. Conclusión La introducción a química orgánica, sobre los modelos moleculares, es de suma importancia, ya que ayuda a comprender como es la forma de estas moléculas en el espacio, nos hacemos una idea de como se ven, ya con los colores de las esferas, siendo este modelo físico que representa moléculas y sus procesos, siendo de mucha ayuda para todo estudiante de química, bioquímica. (^10) (N.d.-b). Retrieved April 20, 2021, from Mheducation.es website: https://www.mheducation.es/blog/la-importancia-de-la-estructura- tridimensional-de-las-moleculas