Chemistry for Non-Majors

Aglutinação de hidrogênio

A força atrativa entre moléculas de água é uma interação dipolo. Os átomos de hidrogênio estão ligados ao átomo de oxigênio altamente eletromecânico (que também possui dois pares solitários de elétrons, fazendo uma ligação muito polar. O átomo de hidrogênio parcialmente positivo de uma molécula é então atraído para o átomo de oxigênio de uma molécula de água próxima (ver Figura abaixo).

Figure 1. Uma ligação de hidrogênio na água ocorre entre o átomo de hidrogênio de uma molécula de água e o par único de elétrons em um átomo de oxigênio de uma molécula de água vizinha.

Uma ligação de hidrogênio é uma força de atração intermolecular na qual um átomo de hidrogênio que está covalentemente ligado a um pequeno átomo altamente eletromecânico é atraído por um par único de elétrons em um átomo de uma molécula vizinha. As ligações de hidrogênio são muito fortes em comparação com outras interações dipolo. A força de uma típica ligação de hidrogênio é cerca de 5% da de uma ligação covalente.

A ligação de hidrogênio ocorre apenas em moléculas onde o hidrogênio é ligado covalentemente a um dos três elementos: flúor, oxigênio ou nitrogênio. Estes três elementos são tão electronegativos que retiram a maior parte da densidade de electrões na ligação covalente com o hidrogénio, deixando o átomo H muito deficiente em electrões. O átomo H quase age como um próton nu, deixando-o muito atraído por elétrons de pares solitários em um átomo próximo.

A ligação de hidrogênio que ocorre na água leva a algumas propriedades incomuns, mas muito importantes. A maioria dos compostos moleculares que têm uma massa semelhante à água são gases à temperatura ambiente. Devido às fortes ligações de hidrogênio, as moléculas de água são capazes de permanecer condensadas no estado líquido. A figura abaixo mostra como a forma dobrada e dois átomos de hidrogênio por molécula permite que cada molécula de água seja capaz de se ligar ao hidrogênio a duas outras moléculas.

Figure 2. Múltiplas ligações de hidrogênio ocorrem simultaneamente na água devido à sua forma dobrada e à presença de dois átomos de hidrogênio por molécula.

No estado líquido, as ligações de hidrogênio da água podem se romper e se reformar conforme as moléculas fluem de um lugar para outro. Quando a água é resfriada, as moléculas começam a desacelerar. Eventualmente, quando a água é congelada em gelo, as ligações de hidrogênio tornam-se permanentes e formam uma rede muito específica.

Figure 3. Quando a água é congelada em gelo, a rede de ligação de hidrogênio se torna permanente. Cada átomo de oxigênio tem uma geometria aproximadamente tetraédrica – duas ligações covalentes e duas ligações de hidrogênio.

A forma dobrada das moléculas leva a lacunas na rede de ligação de hidrogênio ao gelo. O gelo tem a propriedade muito invulgar de que o seu estado sólido é menos denso do que o seu estado líquido. O gelo flutua em água líquida. Praticamente todas as outras substâncias são mais densas no estado sólido do que no estado líquido. Ligações de hidrogênio desempenham um papel biológico muito importante nas estruturas físicas das proteínas e ácidos nucléicos.

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