Muitos elementos formam compostos com hidrogênio. Se você plotar os pontos de ebulição dos compostos do grupo de 4 elementos com o hidrogênio, você acha que os pontos de ebulição aumentar à medida que você descer o grupo.
O aumento do ponto de ebulição acontece porque as moléculas estão ficando maiores com mais elétrons, e assim por van der Waalsforças de dispersão se tornam maiores. Se você repetir este exercício com os compostos dos elementos dos Grupos 5, 6 e 7 com o hidrogênio, algo estranho acontece.
Embora para a maior parte, a tendência é exactamente o mesmo que no grupo 4 (exactamente pelas mesmas razões), o ponto do composto de hidrogénio com o primeiro elemento de cada grupo de ebulição é anormalmente alta. Nos casos de NH3, H2O e HF, deve haver algumas forças intermoleculares adicionais de atracção, o que requer significativamente mais energia de calor para quebrar.Estas forças intermoleculares relativamente poderosos são descritas como ligações de hidrogênio.
As moléculas que têm essa ligação adicional são:
Nota: A linha sólida representa uma ligação no plano da tela ou papel. Títulos pontilhadas estão voltando para a tela ou papel longe de você, e aqueles em forma de cunha estão saindo em direção a você.
Note-se que em cada uma destas moléculas:
O hidrogénio está ligado directamente a um dos elementos electronegativos mais, fazendo com que o hidrogénio a adquirir uma quantidade significativa de carga positiva.
Cada um dos elementos de que o hidrogénio está ligado não só é significativamente negativo, mas também tem pelo menos um "activo" par solitário.
Pares isolados no nível 2 têm os electrões contidos em um volume relativamente pequeno de espaço, que, portanto, tem uma elevada densidade de carga negativa. Pares solitários nos níveis mais altos são mais difusas e não tão atraente coisas positivas.
Nota: Se você não está feliz com a eletronegatividade , você deve seguir este link antes de você ir em frente.
Considere duas moléculas de água vindo juntos.
A 
+ hidrogênio é tão fortemente atraídos para o par de elétrons que é quase como se você estivesse começando a formar um vínculo de coordenadas (covalente dativa). Ele não ir tão longe, mas a atração é significativamente mais forte do que uma interação dipolo-dipolo comum.
As ligações de hidrogênio têm cerca de um décimo da força de um vínculo média covalente, e estão sendo constantemente quebrado e reformado em água líquida. Se você comparar a ligação covalente entre o oxigênio e hidrogênio para um casamento estável, a ligação de hidrogênio tem o estatuto de "apenas bons amigos".
A água é um exemplo "perfeito" da ligação de hidrogênio. Observe que cada molécula de água pode, potencialmente, formar quatro pontes de hidrogênio com as moléculas de água circundantes. Há exatamente os números certos de + hidrogênios e pares solitários de modo que cada um deles pode estar envolvido na ligação de hidrogênio.
É por isso que o ponto de ebulição da água é mais elevada do que a da amónia, ou fluoreto de hidrogénio. No caso de amoníaco, a quantidade de ligação de hidrogénio é limitado pelo facto de cada um de azoto tem apenas um par solitário. Em um grupo de moléculas de amônia, não há pares solitários suficientes para ir ao redor para satisfazer todos os hidrogênios. No fluoreto de hidrogênio, o problema é a falta de hidrogênios. Na água, não são exatamente o número certo de cada um. A água pode ser considerada como o sistema "perfeito" de hidrogênio ligado.
Nota: Você vai encontrar mais discussão sobre o efeito da ligação de hidrogênio sobre as propriedades da água na página de estruturas moleculares .
Os exemplos mais complexos de ligação de hidrogénio
A hidratação dos íons negativos
Quando uma substância iónica dissolve em água, as moléculas de água em torno de aglomerar os iões separados. Este processo é chamado de hidratação.
Água freqüentemente atribui a íons positivos por coordenar (covalentes dativa) títulos. Ele liga a íons negativos usando ligações de hidrogênio.
Nota: Se você estiver interessado na ligação em íons positivos hidratados, você pode seguir este link para coordenar (covalente dativa) ligação .
O diagrama mostra as possíveis ligações de hidrogénio formadas para um ião cloreto, Cl-. Embora os pares solitários do íon cloreto estão no nível 3 e normalmente não ser ativo o suficiente para formar ligações de hidrogênio, neste caso, eles são feitos mais atraente, a carga negativa completa sobre o cloro.
No entanto complicado o íon negativo, sempre haverá pares solitários que os átomos de hidrogênio das moléculas de água pode ligação de hidrogênio para.
Um álcool é uma molécula orgânica contendo um grupo-OH. Qualquer molécula que tem um átomo de hidrogénio ligado directamente a um átomo de oxigénio ou um átomo de azoto é capaz de ligação de hidrogénio. Essas moléculas irão sempre têm pontos de ebulição mais elevados do que as moléculas de tamanho semelhante que não têm um NH, um grupo-OH ou. A ligação de hidrogénio faz com que as moléculas de "pegajoso", e mais calor é necessário separá-las.
Etanol, CH3CH2-OH, e metoximetano, CH3-O-CH 3, ambos têm a mesma fórmula molecular, C2H6O.
Eles têm o mesmo número de electrões, e um comprimento semelhante à molécula. Os van der Waals atrações (ambas as forças de dispersão e atrações dipolo-dipolo) em cada um será a mesma coisa. No entanto, o etanol tem um átomo de hidrogénio ligado directamente a um átomo de oxigénio - oxigénio e que ainda tem exactamente os mesmos dois pares isolados como em uma molécula de água. Hidrogénio ligação pode ocorrer entre as moléculas de etanol, embora não de forma tão eficaz como na água. A ligação de hidrogénio é limitado pelo facto de existir apenas um átomo de hidrogénio em cada molécula de etanol com suficiente carga +.
Em methoxymethane, os pares solitários do oxigênio ainda estão lá, mas os hidrogênios não são suficientemente + para ligações de hidrogênio para formar. Exceto em alguns casos, bastante incomum, o átomo de hidrogênio tem que ser ligado diretamente ao elemento muito eletronegativo para ligação de hidrogênio a ocorrer.
Os pontos de ebulição de etanol e methoxymethane mostram o efeito dramático da ligação de hidrogénio que tem sobre a rigidez das moléculas de etanol:
| etanol (com ligação de hidrogênio) |  |
78,5 ° C |
| methoxymethane (sem ligação de hidrogênio) | |
-24,8 ° C |
A ligação de hidrogénio em etanol elevou o ponto de ebulição de cerca de 100 ° C.
É importante compreender que a ligação de hidrogénio existe além de van der Waals atracções. Por exemplo, todas as seguintes moléculas contêm o mesmo número de electrões, e os dois primeiros são muito o mesmo comprimento. O ponto de ebulição mais elevado do butan-1-ol é devido à ligação de hidrogénio adicional.
Comparando os dois álcoois (grupos contendo-OH), ambos os pontos de ebulição são elevadas devido à ligação de hidrogénio adicional, devido ao hidrogénio ligado directamente ao átomo de oxigénio -, mas eles não são o mesmo.
O ponto de o 2-metil-1-ol, ponto de ebulição não é tão elevado como o butan-1-ol, pois a ramificação na molécula faz as atracções de van der Waals menos eficaz do que a mais butan-1-ol.
Hidrogénio ligação também ocorre em moléculas orgânicas que contêm grupos NH - no mesmo tipo de forma que ocorre em amoníaco.Os exemplos vão desde as moléculas simples, como CH 3 NH 2 (metilamina), para grandes moléculas, como as proteínas e ADN. As duas vertentes da famosa dupla hélice de DNA são mantidos juntos por ligações de hidrogênio entre átomos de hidrogénio ligados ao nitrogênio em uma fita, e pares solitários em outro nitrogênio ou um oxigênio no outro.
No fim de uma ligação de hidrogénio a ocorrer não tem de ser tanto um doador de hidrogénio e um aceitador presente. O doador de ligação de hidrogénio é o átomo ao qual o átomo de hidrogénio que participam na ligação de hidrogénio está ligado de forma covalente, e é geralmente um átomo fortemente electronegativo, tal como N, O, ou F. O aceitador de hidrogénio é o ião ou molécula electronegativo vizinha, e deve possuir um par de elétrons livres, a fim de formar uma ligação de hidrogênio.
Por que uma ligação de hidrogênio ocorre?
Uma vez que o dador de hidrogénio é fortemente electronegativos, ele puxa o par de electrões ligado covalentemente mais próximo do seu núcleo, e para longe do átomo de hidrogénio. O átomo de hidrogênio é, em seguida, saiu com uma carga positiva parcial, criando uma atração dipolo-dipolo entre o átomo de hidrogênio ligado ao doador, eo par de elétrons livres no accepton. Isso resulta em uma ligação de hidrogênio. (Ver interações entre as moléculas Com Dipoles Permanente)
As ligações de hidrogênio pode ocorrer dentro de uma única molécula, entre duas moléculas como, ou entre duas moléculas ao contrário.
Ligações de hidrogênio intramoleculares
Ligações de hidrogénio intramoleculares são aquelas que ocorrem dentro de uma única molécula. Isto ocorre quando dois grupos funcionais de uma molécula pode formar ligações de hidrogénio umas com as outras. Para que isso aconteça, tanto um doador de hidrogénio um aceitador deve estar presente dentro de uma molécula, e que deve ser muito próximo uns dos outros na molécula. Por exemplo, a ligação de hidrogénio intramolecular ocorre em etileno glicol (C 2 H 4 (OH) 2 ), entre os seus dois grupos hidroxilo, devido à geometria molecular.
Ligações de hidrogênio intermoleculares
Ligações de hidrogênio intermoleculares ocorrem entre moléculas separadas em uma substância. Podem ocorrer entre qualquer número de moléculas semelhantes ou não, desde que os doadores e aceitadores de hidrogénio está presente em uma posição em que eles podem interact.For exemplo, ligações de hidrogénio intermoleculares podem ocorrer entre NH 3 moléculas sozinhos, entre H 2 O moléculas sozinhos, ou NH entre 3 e H duas moléculas de S.
Em Ponto de Ebulição
Quando consideramos as ebulição pontos de moléculas, que costumamos esperar moléculas com massas molares maiores para ter maiores pontos de ebulição normais do que moléculas com massas molares menores. Isso, sem levar em conta as ligações de hidrogênio, é devido a maiores forças de dispersão (ver Interações entre Nonpolar Moléculas). Moléculas maiores têm mais espaço para a distribuição de elétrons e, portanto, mais possibilidades para um momento de dipolo instantânea de. No entanto, quando consideramos a tabela abaixo, vemos que isso nem sempre é o caso.
Vemos que H 2 O, HF e NH 3 cada um tem pontos de ebulição mais elevados do que o mesmo composto formado entre o hidrogênio eo elemento seguinte que abaixa seu respectivo grupo, indicando que os primeiros têm maiores forças intermoleculares. Isto é porque a H2 O, HF, e NH 3 todos exibem ligação de hidrogénio, enquanto que os outros não. Além disso, H 2 O tem uma massa molar menor do que HF, mas participa de mais ligações de hidrogênio por molécula, então seu ponto de ebulição é mais elevado.
Em Viscosidade
O mesmo efeito que é visto no ponto de ebulição, como um resultado da ligação de hidrogénio também pode ser observada naviscosidade de algumas substâncias. Essas SUBSTÂNCIAS que são capazes de formar ligações de hidrogénio tendem a ter uma viscosidade maior do que aqueles que não o fazem. Substâncias que têm a possibilidade de múltiplas ligações de hidrogênio apresentam viscosidades ainda mais elevados.
Eletronegatividade
Hidrogénio ligação não pode ocorrer sem diferenças significativas entre electronegatividade do átomo de hidrogénio e está ligado a.Assim, vemos moléculas tais como PH 3 , que já não participam de ligações de hidrogênio. PH 3 exibe uma geometria molecular piramidal trigonal como a de ammmonia, mas ao contrário de NH 3 não pode ligação de hidrogênio. Isto é devido à semelhança entre as electronegatividades de fósforo e de hidrogénio. Ambos os átomos tem uma electronegatividade de 2,1, e, portanto, não ocorre nenhum momento de dipolo. Isso impede que a ligação de hidrogênio de adquirir a carga positiva parcial necessária para ligação de hidrogênio com o par de elétrons livres em uma outra molécula. (Ver polarizabilidade )
Atom Tamanho
O tamanho de doadores e receptores também pode afetar a capacidade de ligação de hidrogênio. Isso pode explicar a relativamente baixa capacidade de Cl para formar pontes de hidrogênio. Quando os raios de dois átomos diferem grandemente ou são grandes, os núcleos não podem atingir a proximidade ao interagir, o que resulta numa interacção fraca.
Hydrogen ligação desempenha um papel crucial em muitos processos biológicos e pode ser responsável por muitos fenômenos naturais, como as propriedades incomuns da água . Além de estar presente na água, ligação de hidrogénio também é importante no sistema de transporte de água das plantas, a estrutura de proteína secundária e terciária, e emparelhamento de bases de ADN.
Plantas
A teoria da coesão-adesão de transporte em plantas vasculares usa ligações de hidrogênio para explicar muitos componentes-chave do movimento da água através do xilema da planta e outros recipientes. Dentro de um vaso, as moléculas de água da ligação de hidrogénio não só entre si, mas também para a cadeia de celulose, que compreende a parede de células vegetais. Isto cria uma espécie de tubo capilar, que permite a acção capilar para ocorrer uma vez que o vaso é relativamente pequena. Esse mecanismo permite que as plantas para puxar água para dentro de suas raízes. Além disso, a ligação de hidrogênio pode criar uma longa cadeia de moléculas de água, que pode superar a força da gravidade e viajar até as altas altitudes de folhas.
Proteínas
Hidrogénio ligação está presente abundantemente na estrutura secundária de proteínas , e também com moderação em conformação terciária.
A estrutura secundária de uma proteína envolve interações (principalmente ligações de hidrogênio) entre backbones polipeptídicas vizinhas que contêm nitrogênio-hidrogênio pares ligados e átomos de oxigênio. Uma vez que ambos N e O são fortemente eletronegativo, os átomos de hidrogênio ligados ao nitrogênio em um esqueleto polipeptídico pode ligação de hidrogênio para os átomos de oxigênio em outra cadeia e vice-versa. Embora sejam relativamente fraco, estes títulos oferecem grande estabilidade para a estrutura da proteína secundário porque repetir um grande número de vezes.
Na estrutura de proteína terciária, interacções são principalmente entre os grupos funcionais de R uma cadeia de polipéptido; uma tal interacção é chamado uma interacção hidrofóbica. Essas interações ocorrem por causa da ligação de hidrogênio entre moléculas de água ao redor do hidrófobo e reforçar ainda mais a conformação.
Mais Sobre Água:
Agua no diretório Peswiki
