No caso da molécula de água, temos a presença de dois pares de elétrons não ligantes ou livres (ver figura 03), responsáveis pela forma em "V" da água. Sendo assim, caso fossemos somar os vetores das ligações, constataríamos que a molécula é polar, ou seja, a resultante da soma dos vetores é diferente de zero.
Figura 03 - par de elétrons livres do oxigênio
Imaginando os pares de elétrons não ligantes como outros "H" ligados ao oxigênio, a repulsão chega a um valor 104°5' (veja figura 05). Perceba que o ângulo é um pouco menor do que configuração tetraédrica do gás metano (109°28") por exemplo, devido ao fato da repulsão de elétrons livres ser maior que a repulsão de elétrons estabelecendo uma ligação com outro átomo.
Figura 02 - Soma dos vetores m na molécula de água.
Figura 04 - Escala de eletronegatividade
Figura 05 - Ângulo das ligações da molécula de
água
Tendo esse caráter, a água é um excelente solvente polar para compostos orgânicos polares de baixo peso molecular, como o metanol, etanol, ácido fórmico, ácido acético, dentre outros. Possuindo um dipolo bastante acentuado, atrai por eletrostática o dipolo da outra molécula, de forma a potencializar a solubilização. Porém, essas moléculas orgânicas possuem uma parte polar, solúvel em água e uma parte apolar, insolúvel em água. A medida que aumenta-se o número de carbonos no grupo dos álcoois e ácidos carboxílicos por exemplo, a solubilidade, em meio aquoso vai diminuindo. É por isso que quando misturamos água com, por exemplo, butanol, constituído de 4 carbonos, a solubilidade em água diminui bastante, aparecendo claramente duas fases distintas indicando que as substâncias não são completamente miscíveis, mas sim parcialmente.
Figura 06 - Regra do FON
Vimos que a água é um ótimo solvente polar e, para compostos orgânicos polares de baixo peso molecular, também é um bom solvente. As ligações estabelecidas entre a água e o composto orgânico gera um fenômeno muito interessante, o qual pode ser realizado sem muitos equipamentos específicos de um laboratório. Podemos notar na figura 07 que tanto o etanol como o ácido propanóico possuem no mínimo uma ligação acentuadamente polar em suas moléculas, de forma a potencializar uma solubilidade em meio aquoso. No caso do álcool, a parte apolar não possui influência negativa na solubilidade em meio polar, já o ácido propanóico, com sua parte da molécula apolar, compromete a solubilidade total de composto em água. Mesmo assim, perceba que o número de pólos no ácido é maior do que no etanol e esse fato será muito importante para o experimento que será realizado a seguir.
Foi feito referência a uma ligação acentuadamente polar no parágrafo anterior devido ao fato que nem toda ligação polar é passível de ser uma ponte de hidrogênio. Conforme a figura 06, podemos ver que há um aumento da eletronegatividade em direção ao Flúor, o elemento mais eletronegativo da tabela periódica. O Flúor, Oxigênio e o Nitrogênio são os elementos que, juntamente como H, estabelecem a ligação acentuadamente polar, a qual também é conhecida como "regra do FON", ligação esta responsável por diversos fenômenos interessantes da água.
Figura 07 - Polaridades nas moléculas de ácido propanóico
e do etanol
Veja que no caso do etanol (função álcool), há
a possibilidade de formação de apenas uma ponte de hidrogênio,
devido a existência de apenas uma situação de dipolo na
molécula. Já no ácido propanóico, podemos notar
um par de dipolos na molécula, fenômeno esse que irá proporcionar
a explicação de alguns resultados que serão obtidos no
experimento proposto em seguida. Apesar do ácido propanóico
não ser completamente solúvel em água, a análise
da parte "polar" da molécula nos ajudará a compreender
o que acontece com outro ácido, o ácido etanóico ou mais
conhecido como ácido acético.
Um comportamento excepcional da água está representado na figura
07, comparando-se os pontos de ebulição de substâncias
moleculares semelhantes. Podemos notar que, caso a água mantivesse
a linearidade do gráfico, sendo essa linearidade ditada pela massa
molecular dos compostos da mesma família, teria um ponto de ebulição
próximo de -100 C!. Caso isso fosse verdade, a Terra não teria
lagos, rios ou oceanos, e a água existiria na Terra somente no estado
gasoso, mesmo nos pólos do Norte e Sul! Ao contrário da água,
o sulfeto de hidrogênio, bem como H2Se e o H2Te, são incapazes
de formar ligações intermoleculares fortes. Ligações
de hidrogênio, de forma apreciável, só são encontradas
nas moléculas que contêm os elementos mais eletronegativos, como
o flúor, o oxigênio e o nitrogênio. As propriedades das
substancias com ligação H-X de polaridade elevada, semelhante
à da água, como a amônia e o fluoreto de hidrogênio,
são também influenciadas pelas ligações de hidrogênio,
e muitas de suas propriedades, nos estados sólidos e líquidos,
resultam das interações dipolo-dipolo entre suas moléculas.
O NAEQ já produziu um texto sobre outras propriedades intrigante da água, veja elas em "Sabão, uma molécula com dupla "personalidade"???"
Figura 08 - Ponto de ebulição dos elementos da família
16 da tabela periódica ligados ao hidrogênio.
| ligação |
força |
magnitude |
|---|---|---|
| química |
covalente |
100-1000 |
| intermolecular |
íon-dipolo |
1-70 |
Fonte: QMCWeb - UFSC
Perceba que os termos "ponte de hidrogênio" e "ligação de hidrogênio" são utilizados de forma indistinta. Isso deve-se ao fato de considerarmos a ponte de hidrogênio praticamente uma ligação química entre átomos, devido a sua grande energia (veja tabela ao lado). Em um extremo, temos ligações covalentes ou iônicas que, quando se formam, representam grandes variações de energia. Já a ponte de hidrogênio está no meio da escala, sendo que o outro extremo é representado pelas interações intermoleculares de menor energia, como as "Dispersão de London", por exemplo. Neste trabalho, o termo "ligação" é usado para descrever qualquer interação de dois átomos, que resulta na formação de uma estrutura interatômica mensurável e nitidamente definida.
Há uma clara variação do volume da mistura entre a água e um dos compostos orgânicos citados durante esse trabalho (etanol e ácido acético por exemplo). Essa variação no volume depende do composto orgânico utilizado, ou seja, podemos relacionar a variação do volume da mistura com a substância usada no experimento, tanto no sentido de variar ou não o volume como também na magnitude dessa variação.
Fonte: www.ucs.br
As pontes de hidrogênio ou ligações de hidrogênio são interações que ocorrem entre o átomo de hidrogênio e dois ou mais átomos, de forma que o hidrogênio sirva de ´elo´ entre os átomos com os quais interagem. As interações intermoleculares mais intensas, medidas tanto sob o ponto de vista energético quanto sob o ponto de vista de distâncias interatômicas, são ligações de hidrogênio.
Por exemplo, um átomo de hidrogênio de uma molécula de água (H2O) interage com o átomo de oxigênio da sua própria molécula e também com átomos de oxigênio das moléculas vizinhas. Todas as características e propriedades físicas peculiares da água resultam de sua estrutura molecular. A diferença de eletronegatividade entre os átomos de hidrogênio e de oxigênio gera uma separação de cargas. Assim, os átomos ligeiramente positivos de hidrogênio de uma molécula interagem com os átomos parcialmente negativos de oxigênio de outra molécula vizinha. Essas ligações criam uma cadeia que pode se rearranjar muitas vezes, permitindo que a água líquida flua em toda parte. Os átomos de hidrogênio e oxigênio podem interagir com muitos tipos de moléculas diferentes, razão pela qual a água é considerada o solvente mais poderoso conhecido. Essa ligação dá uma notável característica à água: a tensão superficial.
As ligações de hidrogênio também existem dentro de uma mesma molécula, como nas proteínas e RNA. Em ambos os casos elas são importantes na manutenção da estrutura da macromolécula. Além disso, sua baixa energia (1 a 10 kJ/mol) permite o rompimento da ligação com o aumento da temperatura, daí os eventos de desnaturação das proteínas e do RNA, além da dissociação da dupla fita de DNA.
Fonte: pt.wikipedia.org
Quando uma molécula tiver um H ligado a um elemento eletronegativo (F,O,N) haverá uma grande polarização da molécula, sendo assim, se esta molécula aproximar de uma outra molécula que possuir F,O,N ocorrerá a formação da Ligação de Hidrogênio que é uma força bastante intensa em relação às outras forças intermoleculares.
Este tipo de ligação é um caso especial de ligação dipolo-dipolo, só ocorrendo então entre moléculas polares.
Exemplo: moléculas de água , de NH3 ,de H-F em
H2O, ou NH3 formam ligação de hidrogênio entre si.
ligação de hidrogênio entre moléculas de ácido
fluorídrico.
ligação de hidrogênio entre moléculas de amônia.
Fonte: www.quiprocura.net
