Moléculas de agua condensando en una gotícula mediante enlaces de hidrógeno

Simulación teórica mediante minimización de energía

Cuando el modelo molecular se haya cargado en el cuadro negro: usa los controles de reproducción (bajo el modelo); mueve el modelo arrastrando el puntero del ratón.

Átomos esféricos. Los radios atómicos usados en esta página (1,0 Å para el oxígeno, 0,7 Å para el hidrógeno) son intermedios entre sus radios de van der Waals y los covalentes. Varillas con superficie de puntos. Las superficies de puntos corresponden a los radios de van der Waals. Sólo varillas. mostrar los enlaces de H (no visibles con las esferas), cuando la distancia entre H y O sea inferior a 1,50 1,55 1,60 1,65 1,7 1,8 2,0 2,2 ángstroms. Descripción: Diez moléculas de agua se colocan inicialmente de forma arbitraria en dos hileras de cinco, sin llegar a contactar entre sí. Su atracción química mutua las lleva a acercarse hasta formar una gotícula compacta. Cada molécula de H2O se reorienta para optimizar las interacciones intermoleculares.

En la minimización energética con la que se generó esta simulación, se usaron tanto las energías de van der Waals como las electrostáticas. La conformación final representa la unión óptima por enlaces de hidrógeno para el pequeño número de moléculas implicadas. Esta simulación carece de los movimientos aleatorios propios de la energía térmica. Puedes leer más detalles sobre los métodos usados a continuación.

Preguntas avanzadas para estudiantes (se abre en una ventana nueva, para que puedas seguir trabajando en el modelo mientras respondes).

El modelo (archivo de coordenadas moleculares en formato pdb) fue preparado por Eric Martz:

10 moléculas de agua se colocaron arbitrariamente en dos hileras aproximadamente rectas de 5, un poco más separadas que sus radios de van der Waals. Esta disposición inicial podría considerarse similar a la conformación en fase gaseosa (¡carente de entropía!).

Se aplicó entonces una minimización de energía, haciendo que las moléculas se colapsaran en una gotícula con abundantes enlaces de hidrógeno. La minimización energética implicó tanto interacciones de van der Waals como electrostáticas, y se hizo empleando MDL Sculpt. En esta simulación no hay energía térmica.

Se grabaron 24 fotogramas de las coordenadas atómicas a lo largo del proceso de minimización, que pueden reproducirse en forma de animación.

Durante los primeros 11 fotogramas sólo se aplicaron energías de van der Waals. A partir del duodécimo, se usaron tanto interacciones de van der Waals como electrostáticas. Esto se hizo así para conseguir una sola gota. Si se aplicaba la electrostática desde el principio, se formaban dos gotículas. En la animación, la transición en el 12º fotograma ocasiona una reversión momentánea de la tendencia general hacia la compactación.

En esta página el modelo y su animación se muestran empleando las posibilidades de Jmol. Los enlaces covalentes los determina automáticamente Jmol, mientras que los enlaces de hidrógeno se imponen entre aquellos átomos de oxígeno e hidrógeno que no están unidos covalentemente y están separados menos del valor indicado arriba.