Uma molécula é um conjunto de átomos ligados entre si. Quase tudo ao seu redor é composto por moléculas: sua pele, a cadeira onde você está sentado e até os alimentos que você consome.
Embora possam variar em tamanho, as moléculas são incrivelmente pequenas. Não é possível enxergá-las a olho nu, nem mesmo com o auxílio de um microscópio comum. Para se ter uma ideia, elas podem ser até 100.000 vezes menores do que a largura de um fio de cabelo.
A menor molécula possível é formada por apenas dois átomos unidos, enquanto as maiores podem conter 100.000 átomos ou até mais. Algumas moléculas são compostas pela repetição de um único tipo de átomo, como as moléculas de oxigênio que respiramos. Outras são formadas por diferentes tipos de átomos, como as moléculas de açúcar, que combinam carbono, oxigênio e hidrogênio.
Mas, afinal, como as moléculas se organizam? Tudo começa com seus blocos de construção fundamentais: os átomos.
Opostos se atraem
Os átomos, por sua vez, são compostos por partículas ainda menores, que possuem diferentes tipos de carga elétrica: positiva, negativa ou nenhuma. Essas partículas são chamadas de prótons (carga positiva), elétrons (carga negativa) e nêutrons (sem carga).
Os prótons e nêutrons se agrupam no centro do átomo, formando o núcleo, que é a parte mais densa. Ao redor desse núcleo, giram os elétrons, que criam uma espécie de “nuvem” eletrônica.
Quando dois átomos se aproximam para formar uma molécula, ocorre uma atração entre as partículas com cargas opostas: os elétrons negativos de um átomo são atraídos pelos prótons positivos do outro, e vice-versa. Esse processo faz com que ambos os átomos se reorganizem para encontrar uma configuração estável.
Você pode imaginar isso como a escolha de um assento em uma sala de aula. Existem algumas regras básicas: você precisa ficar dentro da sala e não pode se sentar em cima de outra pessoa. Dentro dessas regras, você tentará se sentar perto dos amigos e longe de quem você não gosta. Da mesma forma, os átomos buscam uma posição em que estejam “confortáveis” uns com os outros. Quando não conseguem encontrar um arranjo satisfatório, a molécula não se forma.
Vendo o invisível
Se as moléculas são tão pequenas que não podem ser vistas nem com os microscópios mais potentes, como os cientistas conseguem observá-las? A resposta está no uso de ferramentas especiais desenvolvidas ao longo do tempo.
Uma dessas ferramentas utiliza raios X, que você provavelmente conhece por seu uso em exames médicos para visualizar ossos. Os raios X são um tipo de luz invisível aos olhos humanos, assim como a luz ultravioleta ou infravermelha.
Quando os cientistas direcionam raios X para uma molécula, parte desses raios é desviada ao entrar em contato com ela. Registrando o padrão desses desvios, é possível deduzir o formato da molécula. Em 1912, uma das primeiras moléculas a ser estudada dessa forma foi o sal (NaCl), o mesmo que usamos para temperar alimentos.
Além dos raios X, existem outras técnicas para “enxergar” moléculas:
- Ressonância Magnética Nuclear (RMN): Essa técnica detecta mudanças no núcleo dos átomos quando eles interagem entre si. Essas mudanças fornecem pistas sobre quais átomos estão próximos uns dos outros.
- Microscópio de Força Atômica: Funciona de forma parecida com uma tábua de trampolim muito sensível. O “mergulho” dessa tábua, que é minúscula, é influenciado pelas cargas elétricas dos átomos. Movendo-a sobre a superfície de uma molécula e observando como ela se curva, é possível identificar a localização dos átomos.
- Criomicroscopia Eletrônica: Nesta técnica, as moléculas são congeladas a temperaturas extremamente baixas, muito mais frias que o gelo comum. Em seguida, um feixe de elétrons é disparado sobre elas. Os elétrons que atravessam a amostra ajudam a criar uma imagem detalhada da molécula. Esse método foi tão inovador que recebeu o Prêmio Nobel de Química em 2017.
Formas e tamanhos variados
Então, como exatamente as moléculas se parecem? Elas são agrupamentos de átomos, geralmente com a maior parte da massa concentrada no centro, enquanto o restante do espaço é quase vazio. Cada átomo ocupa uma posição específica, onde se sente mais estável, assim como os alunos em uma sala de aula buscando o lugar ideal.
Cada molécula possui uma forma única. Algumas são bem diferentes entre si:
- O benzeno, por exemplo, é plano como uma panqueca.
- O fulereno tem um formato esférico, parecido com uma bola.
- Já a molécula conhecida como pinguinona pode ser desenhada de forma que lembra um pinguim.
- Outras moléculas têm formas que parecem aleatórias, mas, na verdade, seus átomos estão organizados de maneira precisa e nada é colocado por acaso.
Embora os cientistas já saibam como muitas moléculas se organizam, ainda existem várias cujas estruturas permanecem um mistério. Compreender essas formas pode levar a descobertas importantes, como o desenvolvimento de novos materiais e medicamentos que podem revolucionar a ciência e a tecnologia.
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