Na natureza, existem alguns fenômenos que contrariam nosso senso comum.
O NAEQ trás neste artigo um desses fenômenos intrigantes da natureza que os químicos explicam recorrendo as estruturas diminutas, como moléculas e átomos.
Vamos descobrir as razões disso juntos?
Com vocês, as pontes de hidrogênio!
O experimento que iremos propor é como aquelas "histórias de pescador": difícil de acreditar :). Pois imaginem que existem casos que 1+1 não é 2 não! Estamos no mundo das moléculas e esse nos reserva surpresas impressionantes. Entretanto, para começarmos o assunto, se faz necessária a revisão de alguns conceitos importantes, os quais são apresentados na seqüência, com o objetivo de assegurar uma discussão frutífera sobre este fantástico fenômeno que este artigo trata.
A solubilidade de substâncias se dá em função de uma afinidade eletrônica existente entre as espécies em um sistema. Essa afinidade eletrônica pode ser expressa na famosa frase: "semelhante dissolve semelhante". A questão é: semelhante em que aspecto? Para responder essa pergunta, devemos fazer uma análise da estrutura molecular das substâncias envolvidas.
Animação 01 - Pontes de hidrogênio e a solubilidade.
Um cubo de açúcar contém muitas moléculas e elas são mantidas unidas pelas pontes de hidrogênio (imagem a esquerda). Quando um cubo de açúcar dissolve, cada molécula permanece intacta. A molécula estabelece pontes com as moléculas de água (animação piscando em vermelho) e desfaz as pontes com as outras moléculas de açúcar. Por outro lado, o sal em solução transforma-se em íons (imagem a direita), como o cátion Na+ e o ânion Cl-. A solubilidade dessas substâncias só é possível devido a afinidade eletrônica existente entre o soluto (açúcar e o sal) e o solvente (a água).
Existem basicamente dois meios de substância no que diz respeito a polaridade: polares e apolares. O termo "polar" nos dá a idéia de opostos, onde um dado ponto é negativo e o outro é positivo. Isso é resultado da diferença de contribuição na ligação entre elementos químicos diferentes. O mais eletronegativo atrai para perto de si o par de elétrons que estabelece a ligação com o outro átomo. Um exemplo de substância polar é água, considerada um solvente universal.
Sempre que fizemos referência da solubilidade de uma substância em outra, devemos sempre fazer uma observação quando as propriedades de estados do sistema, como pressão e temperatura por exemplo. Em condições ambientes de temperatura e pressão, (temperatura de 25°C ou 298,15K e pressão de 1 atm ou 101,325 kPa no SI) a água tem o comportamento visto no parágrafo anterior mas, é sabido que em condições extremas, a água pode assumir um caráter de "fluído supercrítico", capaz de misturar-se completamente com a maioria dos solventes apolares dentre outras aplicações interessantes (veja mais sobre o assunto nas indicações de leitura no final do artigo).
Linus Carl Pauling (1901-1994) foi um brilhante químico e também
um pacifista. Suas contribuições para a Química foram
inúmeras, dentre as quais podemos destacar os trabalhos teóricos
sobre as ligações químicas, a elucidação
da geometria molecular das proteínas e a elaboração do
conceito de eletronegatividade o qual é
ainda utilizado. Dois de seus livros (General Chemistry e The nature of Chemical
bond) são considerados clássicos da literatura química.
A fórmula utilizada por Pauling para calcular as eletronegatividades
XA e XB de dois átomos A e B é baseada na energia envolvida
na formação (energia de ligação) das moléculas
AB, A2 e B2, por meio da reação:
A2 + B2 --> 2AB
em que /\E representa a variação de energia envolvida na formação da molécula AB. para evitar valores negativos de eletronegatividade, Pauling atribuiu arbitrariamente um valor para a eletronegatividae de hidrogênio e calculou, em relação a esse valor, a eletronegatividade dos outros elementos.
Veja mais sobre Linus Pauling em:
http://www.nobel.se
Figura 01 - Gradiente de polaridade da molécula de água
Quando falamos em polaridade, não podemos pensar em pólos pontuais, mas sim devemos imaginar um gradiente de distribuição de carga (ver figura 01), pois estamos falando de interações eletrostáticas de nuvem eletrônica. O termo "nuvem eletrônica" é utilizado devido ao caráter probabilístico dos orbitais, os quais estão em harmonia com a mecânica quântica, teoria que explica o comportamento de entidades muito pequenas, como partículas subatômicas.
Como dissemos, a polaridade da ligação, ou seja, o deslocamento da nuvem eletrônica para um átomo de forma heterogenia em relação ao outro é explicada pela propriedade denominada eletronegatividade, a qual é diferente para cada elemento químico. Cada elemento tem uma determinado valor de eletronegatividade (veja figura 04), a qual podemos relacionar com a "tendência que um átomo possui de atrair elétrons para perto de sim, quando se encontra "ligado" a outro átomo de elemento químico diferente, numa substância composta". Mas não é somente a diferença de eletronegatividade que irá dar subsídios para a classificação de uma molécula em polar ou apolar, mas sim a análise deste último aspecto em conjunto com a conformação dos átomos da molécula. Usa-se a soma dos vetores m para sabermos se uma dada molécula é polar ou apolar (veja figura 02)
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