A ligação de hidrogênio ou ligação de hidrogênio é uma força intermolecular ou intramolecular envolvendo um átomo de hidrogênio e um átomo eletronegativo, como o oxigênio , o nitrogênio e o flúor . A intensidade de uma ligação de hidrogênio é intermediária entre a de uma ligação covalente e a das forças de van der Waals . (Em geral, as ligações de hidrogênio são mais fortes do que as interações de van der Waals)
Originalmente, pensava-se que o elétron do átomo de hidrogênio era compartilhado entre as moléculas ligadas e, portanto, que essa ligação de hidrogênio era quase covalente. Agora sabemos que é 90% eletrostático. Para que esta ligação seja estabelecida, é necessário estar na presença de um doador de ligação de hidrogênio e um aceitador:
Quando uma ligação de hidrogênio é estabelecida, os dois heteroátomos estão localizados a uma distância de aproximadamente 0,25 nm .
A ligação se deve à polaridade de certas moléculas (que contêm um átomo de hidrogênio e pelo menos um outro átomo mais eletronegativo ). Se tomarmos o exemplo de uma molécula de água , o átomo de oxigênio sendo mais eletronegativo do que os dois átomos de hidrogênio, este atrairá mais os elétrons envolvidos nas ligações covalentes em sua direção do que os átomos de hidrogênio ao seu lado. Isso significa que o átomo de oxigênio terá então duas cargas negativas parciais, enquanto cada átomo de hidrogênio terá uma carga positiva parcial. A molécula é então polarizada por causa dessa diferença de carga, pois os baricentros de suas cargas parciais não se confundem (caso em que seria apolar).
Este fenômeno faz com que os pólos positivos (átomos de hidrogênio) sejam atraídos por entidades de carga negativa (ânion, pólo negativo, etc. ), e o pólo negativo (oxigênio) será atraído por entidades de carga positiva (cátion, pólo positivo de outro molécula polarizada, etc. ). A molécula de água pode, portanto, formar quatro ligações de hidrogênio que fornecem muitas de suas propriedades especiais.
As ligações de hidrogênio, portanto, existem devido às diferenças na eletronegatividade entre os diferentes átomos que compõem as moléculas.
A ligação de hidrogênio é então estabelecida entre todas as moléculas que exibem as características mencionadas acima; por exemplo, é considerado o caso de um ácido carboxílico (R-COOH).
Note-se que todas as moléculas estão ligadas entre si ao nível da função do álcool. O radical alquil “R” terá então uma influência não insignificante na força desta ligação. Na verdade, o comprimento da cadeia e sua composição irão polarizar a ligação entre o hidrogênio e o oxigênio em maior ou menor grau. Se a ligação H (como é mais comumente chamada) for enfraquecida, o mesmo acontecerá com a coesão inter-molecular e a temperatura de ebulição da substância em questão. Em outras palavras, levará menos energia (por meio do calor) para separar as moléculas umas das outras. Pelo contrário, para água (H 2 O), amônia (NH 3 aquoso) ou fluoreto de hidrogênio (HF), a ligação XH é tão polarizada que as ligações H que se formam dão às substâncias pontos de ebulição anormalmente altos.
Outra ilustração pode ser a da água sólida (gelo). Isso ocorre porque a molécula de água é o exemplo típico da ligação H. As ligações H se estabelecem, então o estado líquido da água é o estado mais compacto, enquanto para a maioria das outras substâncias puras é o estado sólido. No gelo, a água tem a mesma estrutura tetraédrica (estrutura possibilitada por essas ligações) que na água líquida, mas assume um volume maior. É por isso que o gelo ocupa mais volume do que a água, em quantidades iguais (o cubo de gelo flutua na água) e também porque o gelo derrete mais rápido do que a água se torna sólida.
Por fim - e embora a lista não possa ser exaustiva, pois o campo de aplicação dessa ligação é vasto - citaremos o caso de polímeros, como a poli-para-fenileno tereftalamida (mais conhecida pelo nome de Kevlar). As cadeias de polímero ligam-se umas às outras por ligações H, o que lhe confere propriedades de resistência muito interessantes. Para mais informações, consulte Kevlar .
Em geral, existem três tipos de ligações de hidrogênio (covalentes sabendo que os dupletos estão entre 100 e 500 kJ · mol -1 ):
Um exemplo de ligação muito forte é FH - F - em KHF 2 com cerca de 212 kJ mol −1 . Podemos pensar que neste caso é melhor escrever F - M - F. A distância total entre F - H - F é de apenas 2,49 Å e um ângulo de 120 ° é formado entre as diferentes moléculas.
Três características principais definem as ligações de hidrogênio, bem como sua interatividade: