Modelos moleculares: jugando como nios con la qumicaEscrito por Quimitube el 7 SeptemberTengo dos sobrinos pequeos, y la palabra qumica les parece tan natural como gato o pizarra. Han crecido viendo mismodelos moleculares, y el uso que hago de ellos, como algo tan normal que a veces los usan ellos mismos para jugar a molculas. Es complicado intentar explicarles qu es la qumica y qu es una molcula o un tomo e ignoro si ser contraproducente en el futuro que llamen jugar a molculas a algo que para ellos es demasiado similar a un clsico juego de construcciones, pero s s que cuando llegue el momento de aprender qumica en mayor profundidad la palabra no les producir ningn temor. O quiz, por el contrario, la analoga sea buena; la qumica no es ms que un juego de construir con tomos la materia, paso a paso, hasta que esa materia toma formas tan complejas como un ser humano.Dilemas educativos a parte, no cabe duda de queutilizar un modelo molecular para aprender qumicacuando ya se han sentado algunas bases es muy adecuado para visualizar ciertos conceptos; adems, pueden hacer una clase ms amena y entretenida para los alumnos, algo nada desdeable. Recuerdo, de hecho, que en uno de mis exmenes de qumica orgnica de la carrera era preceptivo llevar unmodelo moleculary que sin l era prcticamente imposible aprobar (a no ser que tuvieses una percepcin tridimensional sobrehumana, que era el caso de algn que otro compaero, pero no el mo). Adems, est claro que no todos aprendemos del mismo modo y que, si bien habr quien no necesite los modelos moleculares para visualizar en su mente una estructura tridimensional, la manipulacin, tocar la molcula y construirla, puede ser algo que ayude a aprender a otras personas.Estas son las piezas de aquelmodelo molecularque compr en su da para mi examen (hace ya ms de diez aos) y que me ha acompaado desde entonces:

Modelo molecular de varillas: tomos y enlaces de distintas longitudesEste tipo de modelo suele recibir el nombre de modelo molecularde varillas.Existen distintostipos de modelos moleculares, cada uno de ellos ms orientados para uno u otro uso o simplemente ms adecuados segn el gusto del consumidor. En la actualidad, aquel modelo inicial de varillas se ha visto considerablemente ampliado. Qu os parece mi nuevo maletn con compartimentos?

Maletn de modelos moleculares compartimentado: modelo de bolas y barras y modelo de varillasComo podis apreciar en el maletn, aparecen dos tipos de modelos distintos. As, a continuacin recogemos lostipos de modelos molecularesms habituales y sus principales caractersticas.Modelos moleculares de varillasElmodelo molecular de varillasno es de los ms vistosos, pero lo cierto es que paraisomerame parece muy adecuado; te permite centrarte en laestructura molecular. Asimismo, presentan la ventaja de ser, comparativamente,los modelos moleculares ms econmicos(al final de la entradapodris hallar unatabla comparativa de precios de distintos modelos moleculares para comprobarlo) Por ejemplo, si consideramos las dosconformaciones ms habituales del ciclohexano(ciclohexano bote y ciclohexano silla), vemoslo siguiente:

A parte de la claridad en la diferencia que presentan ambas conformaciones, el hecho de que haya que hacer un pequeo esfuerzo manual para lograr que la estructura del ciclohexano pase de laconformacin tipo botea laconformacin tipo sillapuede ser una buena analoga para mostrar que, en efecto, se requiere superar cierta barrera energtica para pasar de una a otraconformacin, tal y como podramosver en un diagrama energtico de interconversin de ambas conformaciones. La diferencia de energa entre la primera conformacin indicada (bote) y la segunda (silla) es de unos 28 kJ/mol. De hecho,la conformacin de tipo bote del ciclohexano no es aislablepor su elevada energa y acta como estado de transicin entre la forma de tipo sillay otra conformacin denominada de bote torcido.Tambin me parece til este tipo demodelo molecular de varillasparaestructuras cristalinas con un gran nmero de tomos. Laperiodicidad del cristalse observa mejor si construimos un trocito de cristal ms amplio y no una nicacelda unidad, y lossets de modelos moleculares de varillasen general incluyen un mayor nmero de tomos que los de barras y esferas que comentaremos posteriormente. Por ejemplo, las imgenes siguientes muestran un trocito de laestructura del diamante:

Se observa cul es lacelda unidad de esta estructura(formada por tres hexgonos entrelazados) y laperiodicidadque da laestructura cristalinaal slido.Losmodelos moleculares de varillasson muy ligeros y abultan poco, no estorban nada para llevar y traerregularmenteal instituto o a la universidad (o a una fiesta, quin sabe, cada cual le da el uso que considera :D).Comercialmente podemos hallar distintos modelos de este tipo, por ejemplo el siguiente, con 150 piezas y tomosde carbono trigonales, es especfico para la formacin denanotubos:O este otro, formado por 65 tomos, de uso general, como el que yo tengo y os he mostrado previamente:Modelos moleculares de barras y esferasAunque ya habis visto que como alumna comenc con unmodelo molecular de varillas, hoy en da me decanto por losmodelos moleculares de bolas de polipropilenoque me parecen ms llamativos y resultones. Me refiero a los siguientes:

Ejemplo de modelo molecular de barras y esferas de 20 tomos de carbono, 14 con 4 perforaciones (sp3) y 6 con 5 perforaciones (sp2 y bipirmide trigonal).Las bolas de distintos colores representan los tomos de los distintos elementos qumicos, mientras que las barras (de tres tamaos distintos) representan los enlaces entre ellos. No son tan econmicos como los anteriores, a igualdad de precio el nmero de tomos que incluye elkit moleculares inferior, pero un set con 20 o 30 carbonos es ms que suficiente para cualquier alumno que necesite un apoyo estructural en sus estudios.Por ejemplo, en este de aqu, el contenido es el siguiente:tomos de carbono con 5 agujeros, 3 en el mismo plano (sp2): 6tomos de carbono con 4 agujeros, formando un tetraedro (sp3): 14tomos de hidrgeno: 30tomos de nitrgeno: 6Cloro y flor, de color verde: 8Bromo: 2Yodo: 2Metales (octadricos, 6 agujeros): 2Enlaces cortos: 40Enlaces medianos: 30Enlaces largos: 12Yo tengo muchos ms tomos que los que contiene un kit estndar porque ahora soy una fantica de losmodelos moleculares, como habis visto en la imagen previa de mi maletn, aunque tambin haykits molecularespensados para el profesorado que son mucho ms abultados y que tambin hallaris en latabla comparativa de modelos molecularesdel final de la entrada.Estosmodelos moleculares de esferasson tambin tiles para las mismas aplicaciones que los de varillas, aunque como abultan ms en general suelo usarlos para observar propiedades o comparar molculas ms pequeas. Por ejemplo, para el estudio de la isomera Z-E, me parece muy interesante lo visual que resulta la incapacidad de rotar del doble enlace C=C. As, podemos ilustrar que la distinta disposicin de los sustituyentesen el plano de un enlace doble hace que hablemos de compuestos distintos con propiedades distintas, como en el caso del 1,2-dicloroetano que ilustramos a continuacin:

Ilustrando la isomera cis-trans con un modelo molecular sencillo del 1,2-dicloroetano. El modelo molecular muestra claramente que ambas formas no se pueden interconvertir sin romper un enlace carbono-cloro y un enlace carbono-hidrgeno.Esto es posible porque tanto los modelos moleculares de varillas como los de bolas y esferas presentan ngulos de enlace prximos a los reales, por ejemplo, los carbonos sp3 presentan el ngulo de un tetraedro (aproximadamente 109) o los carbonos sp2, con tres enlaces en el mismo plano, ngulos de 120.Tambin es interesante utilizar unmodelo molecular de esferaspara mostrar, por ejemplo, laisomera de funcin, es decir,compuestos que tienen la misma frmula qumica pero distintos grupos funcionalesy, por tanto, distintas propiedades y disposicin de los tomos. Consideremos un compuesto de frmula C3H6O, es decir, formado por 3 carbonos, 6 hidrgenos y 1 oxgeno:Viendo los distintos tomos que forman la molcula podemos pensar en diversas formas de interconectarlos y, por tanto, en distintos ismeros de funcin o de posicin. Podemos formar:Modelo molecular que representa la molcula de propenol (2-propen-1-ol)

Modelo molecular que representa la molcula de acetonaEn general,utilizo estos modelos moleculares porque llaman ms la atencin de los alumnosy son bastante tiles para mostrar lo que ocurre durante unareaccin qumica, cmose rompen los enlaces de los reactivos y se forman enlaces nuevos en los productos. Por ejemplo, en este vdeo us losmodelos moleculares para explicar una reaccin qumicamuy sencilla, lahidrogenacin del eteno para formar etano:Vdeo de quimitube.com en el que se usan modelos moleculares para la reaccin de hidrogenacin del etenoO en este otro, usamos para explicar lareaccin qumica de cloracin del metano(all por el minuto 4):Vdeo de quimitube.com en el que se usan modelos moleculares para la reaccin de cloracin del metanoLa explicacin de una reaccin qumica sencilla mediante un modelo molecular a los alumnos que se estn iniciando en el aprendizaje de la qumica ayuda a ilustrar, por ejemplo, la ley de Dalton, que es contenido curricular.Algunos ejemplos comerciales de este tipo de modelos (hay muchsimos, ya lo veris en la tabla comparativa de precios) son los siguientes:

Modelos moleculares de espacio lleno (Spacefill molecular models)Estosmodelos molecularesson menos manejables, pero ofrecen una perspectiva ms acercada a la realidad de la sustancia y alvolumen que efectivamente ocupan los tomos en una molcula. Las esferas que representan los tomos en este tipo de modelo molecular son proporcionales al radio atmico medio que presentan en las distintas sustancias, de modo que, aunque no hay una visualizacin clara de los enlaces qumicos entre tomos, s que vemos el espacio completo ocupado. A mi modo de ver, son ms tiles para apreciar el volumen de los grupos reactivos y para evaluar el efecto del famoso impedimento estrico, por lo que son ms apropiados para alumnos de nivel universitario y para profesores. Aqu vemos un ejemplo de este tipo de modelo:

En ocasiones, especialmente si hablamos de modelos moleculares realizados por ordenador, estos modelos tambin reciben el nombre demodelos moleculares de esferas o de esferas CPK(cuyo significado veremos posteriormente, en el cdigo de colores).Modelos moleculares gigantes de polipropileno para profesoresOtros modelos moleculares que, como los de espacio lleno, son bastante usados por profesores, son los modelos moleculares de polipropileno. Se trata de modelos ligeros con bolas que rondan los cinco centmetros de dimetro, por lo que permiten construir estructuras moleculares que se ven bien en salas amplias, con grandes auditorios, como una clase. Me refiero a este tipo de modelos:Las bolas que representan tomos principales como carbonos, oxgenos o nitrgenos tienen un dimetro aproximado de 5 centmetros.Personalmente me parecen tambin muy adecuados como forma de decoracin para un hogar o despacho, pero otros habitantes de mi casa con ms sentido comn que yo me lo impiden.Modelos moleculares para aplicaciones especficasAunque como hemos visto basta un kit de modelo molecular sencillo para entender la estructura de muchas molculas o la reactividad, hay otros distintos, que aportan ms informacin, como aquellos que muestran las estructuras delos distintos orbitales, los que son especficos para RPECV (Repulsin de pares electrnicos de la capa de valencia), o los que representanestructuras bioqumicas esenciales como el ADN. Desde luego no son tan tiles como los de varillas o de bolas y barras, mucho ms verstiles, pero para aquellos a los que les gustan mucho los modelos moleculares pueden servirles, incluso para coleccionar. A continuacin vemos algunos ejemplos:

Modelo de los orbitales atmicos

Modelo molecular para estudiar la estructura de las molculas por repulsin de pares electrnicos. Las bolas de color carne representan los pares electrnicos libres.

Modelo molecular mini del ADN. En lugar de estar formado por tomos sueltos,las distintas piezasrepresentan grupos atmicos amplios.El cdigo de colores en los modelos molecularesTal vez os hayis fijado, viendo los distintos tipos de modelos moleculares que hemos comentado, que el carbono, por ejemplo, siempre es de color negro. Esto no es una casualidad; los modelos moleculares se cien a unos colores que podemos considerar estndar, y que tambin reciben el nombre de colores CPK (Corey, Pauling y Koltun, que fueron los pioneros en la creacin de los modelos moleculares). As, centrndonos nicamente en los ms habituales, tenemos los colores siguientes:

En ocasiones se pueden hallar algunas variaciones, pero si observis con detenimiento los tomos que aparecen en la imagen previa de mi maletn y en el modelo molecular de varillas, veris que el cdigo coincide con el propuesto en la tabla.Comparativa de kits de modelos moleculares:componentes y precioFinalmente, para los que queriscomprar un modelo moleculary no estis seguros de cul adquirir, os dejo una tabla con una comparativa de precios y nmero total de componentes que espero que os ayude a tomar una decisin. Se trata de modelos moleculares de Amazon.com, que tiene una gran variedad de modelos de las marcas ms conocidas. En concreto os he enlazado algunos de aquellos que estn disponibles para su distribucin en pases fuera de Estados Unidos, entre ellos Espaa o Latinoamrica, por lo que aunque su precio venga dado en dlares los podis adquirir sin ningn problema (yo he hecho varios pedidos y me ha ido bien).ModeloDescripcinPrecio ()tomosMarca

Modelo molecular esencial de qumica orgnica con un total de 30 tomos, marca 3B Scientific (6 carbonos, 6 oxgenos, 14 hidrgenos, 2 nitrgenos y 2 halgenos).11,68303B Scientific

Modelo molecular bsico de qumica general de varillas marca Lab-Aids con un total de 54 tomos (10 carbonos, 6 oxgenos, 28 hidrgenos, 2 nitrgenos, 8 halgenos).17,2354Lab-Aids

Modelo molecular bsico para qumica general de 50 tomos, marca Molymod (12 carbonos, 6 oxgenos, 20 hidrgenos, 4 nitrgenos, 2 azufres, 4 halgenos, 1 fsforo y 1 metal). Contenido en una caja de plstico rgido de 4 compartimentos.20,3650Molymod

Modelo molecular de qumica general de 50 tomos (12 carbonos tetradricos, 6 oxgenos, 20 hidrgenos, 4 nitrgenos, 2 azufres, 1 fsforo, 4 halgenos y 1 metal). Contenido en una caja de 4 compartimentos.20,66503B Scientific

Modelo molecular bsico de qumica general de 48 tomos, marca 3B Scientific (12 carbonos, 7 oxgenos, 20 hidrgenos, 2 nitrgenos, 6 halgenos y 1 azufre).21,09483B Scientific

Modelo molecular general de qumica inorgnica sencillo de 51 tomos marca Molymod (6 carbonos, 6 oxgenos, 14 hidrgenos, 3 nitrgenos, 1 fsforo, 3 azufres, 6 halgenos y 9 metales y 3 tomos adicionales con distintas hibridaciones).22,0451Molymod

Modelo molecular bsico de qumica orgnica de 57 tomos, marca Molecular Models Company (24 carbonos, 5 oxgenos, 28 hidrgenos).22,9157Molecular models company

Set general de qumica orgnica e inorgnica sencillo de 51 tomos marca 3B Scientific (6 carbonos, 6 oxgenos, 12 hidrgenos, 3 nitrgenos, 3 azufrs, 1 fsforo, 6 halgeos, 9 metales y 3 tomos adicionales con distintas hibridaciones, sp3, dsp3 y d2sp3). Contenido en una caja de 4 compartimentos.25,05513B Scientific

Set modelo molecular sencillo de bioqumica de 72 tomos, marca 3B Scientific (21 carbonos, 25 hidrgenos, 13 oxgenos, 11 nitrgenos, 1 azufre y 1 fsforo). Apto para la construccin de molculas orgnicas sencillas: aminocidos, pptidos, polisacricos, purinas, pirimidinas, etc.25,20723B Scientific

Set general de qumica orgnica e inorgnica de 99 tomos, marca Molecular Models Company (19 carbonos, 7 oxgenos, 32 hidrgenos, 12 nitrgenos, 6 fsforos, 8 halgenos y 15 metales).33,0399Molecular models company

Modelo molecular de qumica orgnica de 80 tomos, marca Molecular Models Company (23 carbonos, 8 oxgenos, 30 hidrgenos, 6 nitrgenos, 1 azufre, 12 halgenos).33,5280Molecular models company

Modelo molecular tamao mediano para qumica orgnica con un total de 126 tomos y 308 piezas, ya que incluye tambin orbitales adems de tomos. Marca Molecular Models Company (46 carbonos de distintos tipos, 14 oxgenos, 45 hidrgenos, 4 nitrgenos, 2 azufres, 4 fsforos, 8 halgenos y 3 metales). Contenido en una caja de plstico rgido.38,53126Molecular models company

Set de qumica orgnica de 111 tomos marca 3B Scientific (38 carbonos de distintos tipos, 12 oxgenos, 40 hidrgenos, 4 nitrgenos, 2 azufres, 4 fsforos, 8 halgenos y 3 metales).38,551113B Scientific

Set especfico para la formacin de hasta 7 aminocidos simultneos con un total de 125 tomos y 180 enlaces.40,081253B Scientific

Set general de qumica orgnica avanzado con 188 tomos en total, marca Molecular Models Company (42 carbonos, 18 oxgenos, 60 hidrgenos, 16 nitrgenos, 18 azufres, 6 fsforos, 26 halgenos y 2 metales).47,93188Molecular models company

Set de bioqumica avanzado de 263 tomos, marca Molecular Models Company, principalmente para profesores o para la construccin de fragmentos de biomolculas, incluso cidos nucleicos (72 carbonos de distintos tipos, 42 oxgenos, 105 hidrgenos, 34 nitrgenos, 2 azufres, 6 fsforos y 2 metales).60,75263Molecular models company

Kit modelo molecular gigante de qumica orgnica y bioqumica formado por 257 tomos, de la marca 3B Scientific, especialmente para profesorado o grandes estructuras, como fragmentos de macromolculas (42 carbonos tetradricos, 26 carbonos adicionales de otros tipos, 40 oxgenos, 100 hidrgenos, 34 nitrgenos, 2 azufres, 2 fsforos y 2 metales).76,352573B Scientific

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