Se você olhar para a cronologia do estudo em ciência química da capacidade de átomos de vários elementos interagirem uns com os outros, podemos destacar a metade do século XIX. Naquela época, os cientistas chamaram a atenção para o fato de que os compostos de hidrogênio de oxigênio, flúor, nitrogênio são caracterizados por um grupo de propriedades que podem ser chamadas de anômalas.
Estes são, em primeiro lugar, pontos de fusão e ebulição muito altos, por exemplo, para água ou fluoreto de hidrogênio, que são mais altos do que para outros compostos semelhantes. Atualmente, já se sabe que essas características dessas substâncias são determinadas pela propriedade dos átomos de hidrogênio de formar um tipo incomum de ligação com os átomos de elementos que possuem alto índice de eletronegatividade. Eles o chamaram de hidrogênio. As propriedades de uma ligação, as especificidades de sua formação e exemplos de compostos que a contêm são os principais pontos que focaremos em nosso artigo.
Motivo da conexão
A ação das forças de atração eletrostática éa base física para o aparecimento da maioria dos tipos de ligações químicas. Os tipos de ligações químicas que surgiram devido à interação de núcleos atômicos de cargas opostas de um elemento e elétrons de outro são bem conhecidos. São ligações covalentes não polares e polares, características de compostos simples e complexos de elementos não metálicos.
Por exemplo, entre o átomo de flúor, que tem a maior eletronegatividade, e a partícula eletroneutra do hidrogênio, cuja nuvem de um elétron inicialmente pertencia apenas ao átomo de H, há uma mudança na densidade de carga negativa. Agora, o próprio átomo de hidrogênio pode ser corretamente chamado de próton. O que acontece a seguir?
Interação eletrostática
A nuvem de elétrons do átomo de hidrogênio passa quase completamente em direção à partícula de flúor, e adquire uma carga negativa em excesso. Entre o átomo de hidrogênio nu, isto é, desprovido de densidade negativa - um próton, e o íon F- da molécula vizinha de fluoreto de hidrogênio, manifesta-se a força de atração eletrostática. Isso leva ao aparecimento de ligações de hidrogênio intermoleculares. Devido à sua ocorrência, várias moléculas de HF podem formar associados estáveis de uma só vez.
A principal condição para a formação de uma ligação de hidrogênio é a presença de um átomo de um elemento químico com alta eletronegatividade e um próton de hidrogênio interagindo com ele. Esse tipo de interação é mais pronunciada em compostos de oxigênio e flúor (água, fluoreto de hidrogênio), menos em substâncias contendo nitrogênio, como amônia, e menos ainda em compostos de enxofre e cloro. Exemplos de ligações de hidrogênio formadas entre moléculas também podem ser encontrados em substâncias orgânicas.
Assim, em álcoois entre os átomos de oxigênio e hidrogênio dos grupos hidroxila funcionais, também surgem forças de atração eletrostática. Portanto, já os primeiros representantes da série homóloga - metanol e álcool etílico - são líquidos, não gases, como outras substâncias dessa composição e peso molecular.
Energia característica da comunicação
Vamos comparar a intensidade energética das ligações covalentes (40–100 kcal/mol) e de hidrogênio. Os exemplos abaixo confirmam a seguinte afirmação: o tipo hidrogênio contém apenas 2 kcal/mol (entre dímeros de amônia) a 10 kcal/mol de energia em compostos de flúor. Mas acaba por ser suficiente para as partículas de algumas substâncias serem capazes de se ligarem em associados: dímeros, tetra - e polímeros - grupos constituídos por muitas moléculas.
Eles não estão apenas na fase líquida do composto, mas podem ser preservados sem se desintegrar, ao passar para o estado gasoso. Portanto, as ligações de hidrogênio, que mantêm as moléculas em grupos, causam pontos de ebulição e fusão anormalmente altos de amônia, água ou fluoreto de hidrogênio.
Como as moléculas de água se associam
Tanto as substâncias inorgânicas quanto as orgânicas possuem vários tipos de ligações químicas. A ligação química que surge no processo de associação de partículas polares entre si, e é chamada de hidrogênio intermolecular, pode alterar radicalmente a estrutura físico-química.características de conexão. Vamos provar esta afirmação considerando as propriedades da água. As moléculas H2O têm a forma de dipolos - partículas cujos polos carregam cargas opostas.
As moléculas vizinhas são atraídas umas pelas outras pelos prótons de hidrogênio carregados positivamente e pelas cargas negativas do átomo de oxigênio. Como resultado deste processo, são formados complexos moleculares - associados, levando ao aparecimento de pontos de ebulição e fusão anormalmente altos, alta capacidade calorífica e condutividade térmica do composto.
As propriedades únicas da água
A presença de ligações de hidrogênio entre as partículas de H2O é responsável por muitas de suas propriedades vitais. A água fornece as reações metabólicas mais importantes - a hidrólise de carboidratos, proteínas e gorduras que ocorrem na célula - e é um solvente. Essa água, que faz parte do citoplasma ou fluido intercelular, é chamada de livre. Graças às ligações de hidrogênio entre as moléculas, forma conchas de hidratação em torno de proteínas e glicoproteínas, que evitam a aderência entre macromoléculas de polímero.
Neste caso, a água é chamada de estruturada. Os exemplos que demos da ligação de hidrogênio que ocorre entre as partículas de H2O comprovam seu papel principal na formação das propriedades físicas e químicas básicas das substâncias orgânicas - proteínas e polissacarídeos, nos processos de assimilação e dissimilação que ocorrem nos organismos vivos, sistemas, bem como na garantia do seu equilíbrio térmico.
Ligação de hidrogênio intramolecular
O ácido salicílico é um dos medicamentos mais conhecidos e usados há muito tempo com efeitos anti-inflamatórios, cicatrizantes e antimicrobianos. O próprio ácido, derivados bromo de fenol, compostos orgânicos complexos são capazes de formar uma ligação de hidrogênio intramolecular. Os exemplos abaixo mostram o mecanismo de sua formação. Assim, na configuração espacial da molécula de ácido salicílico, é possível a aproximação do átomo de oxigênio do grupo carbonila e do próton de hidrogênio do radical hidroxila.
Devido à maior eletronegatividade do átomo de oxigênio, o elétron da partícula de hidrogênio cai quase completamente sob a influência do núcleo de oxigênio. Uma ligação de hidrogênio ocorre dentro da molécula de ácido salicílico, o que aumenta a acidez da solução devido ao aumento da concentração de íons de hidrogênio nela.
Resumindo, podemos dizer que esse tipo de interação entre átomos se manifesta se o grupo do doador (partícula que doa um elétron) e o átomo aceptor que o aceita fizerem parte da mesma molécula.
