Você provavelmente já viu algumas fórmulas químicas e algum tipo de representação das estruturas moleculares associadas. Por exemplo, a molécula simples de dióxido de carbono, ou CO2, pode ser representada como um átomo de carbono unido a dois átomos de oxigênio por junções chamadas ligações duplas: O = C = O.
O dióxido de carbono, como muitos compostos na natureza, tem apenas uma forma ou formato. Ou seja, dada uma fórmula molecular como C3H3O3, você seria capaz de associá-lo a uma estrutura tridimensional única, a do importante composto metabólico piruvato.
Algumas fórmulas, porém, dão origem a mais de um arranjo espacial. Compostos com a mesma fórmula molecular, mas com formas diferentes, são chamados de isômeros, e porque são tão abundantes no mundo de hidrocarbonetos, aprendendo a prever quantos isômeros um tipo de molécula chamada alcano pode ter é um ótimo lugar para aprender sobre esses compostos complicados.
O que são isômeros?
Os isômeros vêm em dois tipos básicos. Estereoisômeros são isômeros que diferem em seus arranjos espaciais, mas têm suas ligações nos mesmos lugares.
Se isso soa como uma contradição, imagine moléculas que são imagens espelhadas; estes não podem ser sobrepostos diretamente uns aos outros, então eles são diferentes, mas as ligações entre seus respectivos átomos estão em lugares correspondentes. Um exemplo são as duas formas do aminoácido alanina. Eles são chamados de D-alanina e L-alanina, significando vagamente "direita" e "esquerda".
Isômeros estruturais são isômeros em que a sequência de ligação dos átomos é diferente. Ao contrário do caso com estereoisômeros, isso pode resultar em compostos completamente diferentes (como com butano e 2-metilpropano, ambos os quais têm a fórmula C4H10) ou em espécies intimamente relacionadas (como alcanos muito grandes com pequenos galhos).
Isômeros de ramificação são um tipo de isômero estrutural encontrado em moléculas orgânicas (ou seja, aquelas que contêm carbono). O carbono pode se ligar a outros átomos de carbono, além de se ligar aos átomos de hidrogênio, portanto, uma vez que uma "cadeia" de carbono delimitada por um átomo de hidrogênio cadeia cresce o suficiente para os átomos se moverem mais livremente no espaço, cadeias de carbono secundárias podem aparecer em um ou mais pontos de um fim. Como você pode esperar, isso afeta significativamente o comportamento químico dessas moléculas.
O que são alcanos?
Alcanos são compostos que contêm apenas átomos de carbono e hidrogênio unidos em ligações simples. Como cada átomo de carbono pode formar quatro ligações, a porta está aberta para uma grande quantidade de isômeros dentro dessa classe de compostos orgânicos, encontrados em abundância nos combustíveis fósseis.
O alcano mais simples é o metano (CH4), seguido por etano (C2H6) e propano (C3H8). Na verdade, a fórmula para todos os alcanos é CnH2n + 2.
Você já viu aquele butano (C4H10) tem um isômero, 2-metilpentano. Estes são os únicos dois isômeros desta molécula. C5H10, por outro lado, tem três isômeros, enquanto C6H14 tem nove. Não há "fórmula de número de isômeros de cadeia" para alcanos, e o número aumenta rapidamente (por exemplo, decano ou C10H22, tem 75 isômeros colossais). Em vez disso, você deve ser capaz de construir alguns deles com uma fórmula específica de alcano.
Calculadora de fórmula de combinação de isômeros
Para obter um exemplo de um programa que atua como um gerador de combinação de isômeros para que você possa ver sua respectiva estrutura física no espaço, consulte os Recursos.
Observe que se você tentar inserir uma fórmula para a qual não há isômero, o programa retornará rapidamente um resultado nulo. Você pode experimentar desenhar alguns desses compostos em potencial para ver por que eles são impossíveis de gerar, dados os princípios básicos de ligação química.