Molecular Co. Visualizador de Moléculas

Transcrição

1 Molecular Co. Visualizador de Moléculas David Macedo da Conceição n o USP : Fernando Waitman n o USP : Gabriel H. Pugliese n o USP : Leonardo Ventura n o USP : Ricardo A. Fernandes n o USP : de maio de

2 1 Introdução e objetivos O ensino de Geometria Molecular no Ensino Médio busca prever o arranjo espacial entre os átomos de uma molécula de ligações covalentes, determinando nestes as interações intermoleculares que por sua vez determinam suas propriedades físicas. Neste estudo a visualização das formas moleculares é especialmente dificultada naqueles em que o arranjo é tridimensional. Buscase a superação de tais dificuldades, com a utilização de modelos plásticos que em geral têm tamanho reduzido não sendo satisfatórios no uso em sala de aula. Outro problema consiste na inviabilidade da construção de modelos mais complexos nos quais os ângulos entre as ligações tornam-se incomuns. A simulação tridimensional de modelos moleculares, se acoplada a um sistema de projeção, pode substituir os modelos plásticos e assim proporcionar uma melhor visualização e um melhor entendimento da Geometria Molecular. Conforme proposto no projeto inicial, temos por objetivo construir um sistema capaz de tal simulação, tendo realizado na primeira etapa os seguintes pontos: Estudo e familiarização com a biblioteca gráfica a ser utilizada; Modelagem de algumas moléculas mais simples; Visualização dessas moléculas utilizando as funções da biblioteca GP. 2 Especificação do papel de cada integrante No nosso grupo, todos os integrantes estão diretamente relacionados com todas as tarefas que vêm sendo realizadas no projeto. Entretanto, para efeito 2

3 de direcionamento de responsabilidades, dividimos a nossa equipe da seguinte forma: - David: desenvolvedor responsável pela interface gráfica que tornará o nosso software user-friendly; - Fernando, Gabriel e Leonardo: desenvolvedores responsáveis por explorar a biblioteca GP para que o software possa atingir o objetivo esperado; - Ricardo: Analista responsável por pesquisar e adequar informações relacionadas ao projeto inerentes à área de química. 3 Descrição 3.1 A Biblioteca Gráfica A primeira pergunta feita pelo grupo foi qual a biblioteca gráfica que deveria ser utilizada no projeto, incluindo-se nessa pergunta também qual linguagem. Optou-se inicialmente pela Linguagem C pela familiaridade desta à maior parte dos integrantes. Reconheceu-se nessa, a possível dificuldade de documentação a respeito das suas bibliotecas, comparativamente a linguagem Java, porém o problema foi sanado quando se verificou que a Biblioteca Gráfica GP teria as funcionalidades necessárias ao projeto e a documentação bem descrita no livro texto da disciplina As Moléculas Para criar os modelos moleculares, se buscou verificar quais eram os modelos mais utilizados no ensino médio. Neste, há a necessidade de serem 3

4 apresentados modelos de moléculas que representem os seguintes tipos de geometria molecular: - Linear ; - Angular; - Trigonal Plano; - Piramidal; - Tetraédrico. Verifica-se nos livros didáticos que exemplos adequados ao ensino médio para esses tipos de geometria são respectivamente: - Cl 2 ; - H 2 O; - SO 3 ; - NH 3 ; - CH 4. Para se criar tais modelos, onde os átomos são representados por esferas e as ligações por hastes, deve-se conhecer os raios atômicos, as distâncias entre os núcleos e os ângulos entre as ligações. Tais dados encontram-se no anexo 1. Com tais informações podemos gerar o seguinte modelo para uma molécula de água: 4

5 Além disso, busca-se desde já a metodologia necessária a segunda fase do projeto na qual se pretende uma determinação própria do software dos ângulos das ligações e das geometria das moléculas. Dentre as metodologias está a Modelagem Molecular Clássica que tenta minimizar a energia das moléculas, sendo a energia total descrita nas seguintes equações: O problema deste método ainda reside em descobrir o valor das constantes utilizadas em cada equação, sendo sua principal vantagem o baixo custo computacional (O(n 2 )) em função da quantidade de átomos na molécula com boas aproximações. 4 Programas e bibliotecas implementadas Até o momento, utilizou-se a Linguagem Ansi C e estudou-se a biblioteca GP para o desenvolvimento do módulo principal do nosso projeto o Visualizador de Moléculas. A compreensão se deu a partir da descrição das 5

6 cenas dos exemplos da própria biblioteca nos arquivos a serem parseados e gerarem as instâncias de objetos primitivos e de cena. Dessa forma ainda não foi implementado nenhum código do projeto final. 5 Resultados Experimentais Como resultados experimentais obtidos até o momento, seguem imagens de quatro cenas, obtidas de quatro posições de câmera diferentes, de um objeto que represente uma molécula de água (H 2 O) ainda sem as arestas de ligação. 6 Conclusão Até agora, o projeto parece estar caminhando para um bom lugar. Acreditamos que os nossos objetivos deverão ser alcançados no prazo previsto. Talvez consigamos ainda alguma extensão que permita uma maior flexibi- 6

7 lidade no nosso software, com a geração automática de moléculas a partir de informações fornecidas pelo usuário, mas isso logicamente dependerá do andamento do projeto como um todo. 7 Extras 7.1 Sulfur trioxide(so 3 ) Ângulo: Ammonia(NH 3 ) 7.3 Methane(CH 4 ) 7

8 7.4 Carbon dioxide (CO 2 ) 7.5 Water (H 2 O) 7.6 Ácido clorídrico: HCl Comprimento de ligação: 127 pm 8

9 7.7 Anexo 1 - Tabela de Raio Atômico 9

10 Referências [1] Luiz Velho e Jonas Gomes. Sistemas Gráficos 3D. IMPA, [2] Kleber C. Mundim. Modelagem molecular aplicada a sólidos e biomoléculas. IV Escola de Inverno do CBPF, [3] J. C. Slater. J. chem. phys