Definição e exemplos de ligações de hidrogênio

A maioria das pessoas se sente à vontade com a idéia de ligações iônicas e covalentes, mas não sabe o que são ligações de hidrogênio, como elas se formam e por que são importantes.

Principais tópicos: ligações de hidrogênio

Uma ligação de hidrogênio é um tipo de interação atraente (dipolo-dipolo) entre um eletronegativo átomo e um hidrogênio átomo ligado para outro átomo eletronegativo. Essa ligação sempre envolve um átomo de hidrogênio.

Uma ligação de hidrogênio tende a ser mais forte que forças de van der Waals, mas mais fraco que ligações covalentes ou ligações ionicas. É cerca de 1/20 (5%) da força da ligação covalente formada entre O-H. No entanto, mesmo essa ligação fraca é forte o suficiente para suportar uma ligeira flutuação de temperatura.

Como o hidrogênio pode ser atraído para outro átomo quando já está ligado? Em um ligação polar, um lado da ligação ainda exerce uma leve carga positiva, enquanto o outro lado tem uma leve carga elétrica negativa. A formação de um vínculo não neutraliza a natureza elétrica dos átomos participantes.

As ligações de hidrogênio são encontradas nos ácidos nucléicos entre pares de bases e entre moléculas de água. Esse tipo de ligação também se forma entre átomos de hidrogênio e carbono de diferentes moléculas de clorofórmio, entre hidrogênio e nitrogênio átomos de moléculas de amônia vizinhas, entre subunidades repetidas no polímero de nylon e entre hidrogênio e oxigênio em acetilacetona. Muitas moléculas orgânicas estão sujeitas a ligações de hidrogênio. Ligação de hidrogênio:

• Ajude a vincular fatores de transcrição ao DNA
• Ajuda na ligação antígeno-anticorpo
• Organize polipeptídeos em estruturas secundárias, como alfa hélice e folha beta
• Segure as duas cadeias de DNA
• Vincular fatores de transcrição entre si

Embora as ligações de hidrogênio se formem entre o hidrogênio e qualquer outro átomo eletronegativo, as ligações na água são as mais onipresentes (e alguns diriam, as mais importantes). As ligações de hidrogênio se formam entre as moléculas de água vizinhas quando o hidrogênio de um átomo se encontra entre os átomos de oxigênio de sua própria molécula e o de seu vizinho. Isso acontece porque o átomo de hidrogênio é atraído pelo seu próprio oxigênio e por outros átomos de oxigênio que se aproximam o suficiente. O núcleo de oxigênio possui 8 "mais" cargas, por isso atrai elétrons melhor que o núcleo de hidrogênio, com sua única carga positiva. Assim, moléculas de oxigênio vizinhas são capazes de atrair átomos de hidrogênio de outras moléculas, formando a base da formação de ligações de hidrogênio.

O número total de ligações de hidrogênio formadas entre as moléculas de água é 4. Cada molécula de água pode formar 2 ligações de hidrogênio entre o oxigênio e os dois átomos de hidrogênio na molécula. Podem ser formadas duas ligações adicionais entre cada átomo de hidrogênio e átomos de oxigênio próximos.

Uma conseqüência da ligação de hidrogênio é que as ligações de hidrogênio tendem a se organizar em um tetraedro em torno de cada molécula de água, levando à conhecida estrutura cristalina dos flocos de neve. Na água líquida, a distância entre as moléculas adjacentes é maior e a energia das moléculas é alta o suficiente para que as ligações de hidrogênio sejam esticadas e quebradas. No entanto, mesmo as moléculas de água líquida têm uma média de arranjos tetraédricos. Por causa da ligação de hidrogênio, a estrutura da água líquida é ordenada a uma temperatura mais baixa, muito além da de outros líquidos. A ligação de hidrogênio mantém as moléculas de água cerca de 15% mais próximas do que se as ligações não estivessem presentes. As ligações são a principal razão pela qual a água exibe propriedades químicas interessantes e incomuns.

• A ligação de hidrogênio reduz mudanças de temperatura extremas perto de grandes massas de água.
• A ligação de hidrogênio permite que os animais se resfriem usando a transpiração, porque é necessária uma quantidade tão grande de calor para quebrar as ligações de hidrogênio entre as moléculas de água.
• A ligação de hidrogênio mantém a água em seu estado líquido em uma faixa de temperatura mais ampla do que em qualquer outra molécula de tamanho comparável.
• A ligação fornece à água um calor de vaporização excepcionalmente alto, o que significa que é necessária energia térmica considerável para transformar a água líquida em vapor de água.

Ligações de hidrogênio dentro água pesada são ainda mais fortes do que aqueles dentro da água comum feitos com hidrogênio normal (protium). A ligação de hidrogênio na água tritiada é ainda mais forte.