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Ligações de hidrogênio

A ligação de hidrogênio é um tipo especial de interação dipolo-dipolo que ocorre entre o par único de um átomo altamente eletronegativo (tipicamente N, O ou F) e o átomo de hidrogênio em uma ligação N–H, O–H ou F–H. Ligações de hidrogênio podem se formar entre moléculas diferentes (ligação de hidrogênio intermolecular) ou entre partes diferentes da mesma molécula (ligação de hidrogênio intramolecular). Versão original criada por Sal Khan.

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Transcrição de vídeo

RKA22JL - Olá, meu amigo ou minha amiga. Tudo bem com você? Seja muito bem-vindo ou bem-vinda a mais um vídeo da Khan Academy Brasil. E, neste vídeo, vamos conversar sobre as ligações de hidrogênio. Aqui eu tenho três diferentes tipos de moléculas. Na esquerda, eu tenho a amônia. Cada molécula de amônia tem um nitrogênio ligado a três hidrogênios. No meio, eu tenho algo que provavelmente você já está familiarizado, que é a água. Cada oxigênio está ligado a dois hidrogênios. E aqui à direita, eu tenho o fluoreto de hidrogênio. Cada flúor está ligado a um hidrogênio. Agora, porque esses tipos de moléculas são interessantes? E o que isso tem a ver com as ligações de hidrogênio? A resposta simples é: em cada um desses casos, temos hidrogênios ligados a um átomo muito mais eletronegativo. Mesmo que sejam ligações covalentes, elas serão ligações covalentes polares. Você vai ter um momento de dipolo de ligação que vai do hidrogênio ao átomo mais eletronegativo. Do hidrogênio até o átomo mais eletronegativo e do hidrogênio até o átomo mais eletronegativo. O átomo mais eletronegativo vai monopolizar os elétrons. Ou seja, os elétrons vão gastar mais tempo com esse átomo. Assim, essa extremidade da molécula vai ter uma carga parcial negativa e, nas outras extremidades, onde temos os hidrogênios, teremos cargas parciais positivas. Outra forma de pensar sobre isso é que, se você realizar uma soma vetorial com esses momentos de dipolo, você vai ter um momento de dipolo líquido para essa molécula inteira, e isso será algo parecido com isso aqui. Afinal, estamos lidando com moléculas polares, e a polaridade vem dessa simetria. Ou seja, você tem um átomo muito eletronegativo ligado ao hidrogênio. Aqui nós temos o oxigênio, que é um átomo muito eletronegativo e que também está ligado ao hidrogênio. Com isso, essa extremidade terá uma carga parcial negativa e essas extremidades terão cargas parcialmente positivas. Agora, para o fluoreto de hidrogênio, temos essa extremidade tendo uma carga parcial positiva e essa outra extremidade tendo uma carga parcial negativa. Enfim, o que você acha que poderia acontecer quando essas moléculas interagirem umas com as outras? O nitrogênio da extremidade dessa amônia pode ser atraído por um desses hidrogênios, que têm uma carga parcial positiva bem aqui. Ou esse hidrogênio, que tem uma carga parcial positiva, pode ser atraído pelo nitrogênio, que tem uma carga parcial negativa. E essa atração entre a extremidade do hidrogênio, que é parcialmente positiva, e a extremidade de outra molécula que é parcialmente negativa forma o que chamamos de ligações de hidrogênio. As ligações de hidrogênio são forças intermoleculares que serão adicionadas à força intermolecular total, ou seja, a coisas como as forças de dispersão de London. Isso faz com que o ponto de ebulição de uma molécula seja mais alto do que se você pensasse apenas sobre as forças de dispersão de London. E para deixar isso claro, você pode olhar para esse gráfico. Você pode ver que todas essas moléculas são formadas entre átomos do segundo período e hidrogênio. Repare que todas essas moléculas iniciais têm massas molares semelhantes. Temos o metano, a amônia, o fluoreto de hidrogênio e a água. Se estivéssemos apenas pensando sobre as forças de dispersão de London, as forças de dispersão de London são proporcionais à polarizabilidade de uma molécula, que é proporcional ao tamanho da nuvem eletrônica, que é proporcional à massa molar. De um modo geral, essas moléculas são formadas com elementos do segundo período, aqui com elementos do terceiro período, aqui com elementos do quarto período e aqui com elementos do quinto período. As massas moleculares aumentam à medida que a gente avança nos períodos. Repare que, ao observar o ponto de ebulição nesse gráfico, existe uma espécie de tendência ascendente. Isso ocorre devido às forças de dispersão de London, porém, em qualquer período, a gente vê uma espécie de diferença e, em particular, você vê muita diferença aqui para essas moléculas formadas com o oxigênio, com o flúor, e com o nitrogênio. Essas moléculas, apesar de terem massas molares semelhantes, têm pontos de ebulição muito diferentes. Sendo assim, deve haver algum outro tipo de força intermolecular aqui no jogo além das forças de dispersão de London. Sim, de fato, existe. O que está em jogo aqui são as ligações de hidrogênio. Talvez você esteja um pouquinho curioso ou curiosa sobre uma coisa. Olha essas moléculas formadas com os elementos do terceiro período e do quarto período. Eles não possuem o mesmo ponto de ebulição, o que faz total sentido em relação às forças de dispersão de London, afinal, eles têm massas molares diferentes. E a diferença que você vê aqui também se deve a outras coisas além das forças de dispersão de London, em particular, à força dipolo-dipolo, que também está no jogo. Mas o que você pode perceber é que essa diferença é bem maior para essas moléculas que são formadas com nitrogênio e hidrogênio, com flúor e com o hidrogênio, e com oxigênio e hidrogênio. Isso se deve ao fato de que as ligações de hidrogênio podem ser vistas como uma forma mais intensa das forças dipolo-dipolo. As ligações de hidrogênio são casos especiais das forças dipolo-dipolo. Sendo assim, quando estamos falando sobre ligações de hidrogênio, nós estamos falando sobre um caso específico de uma ligação entre dipolos. A ligação entre o hidrogênio e um átomo mais eletronegativo, como, por exemplo, o nitrogênio, o oxigênio ou o flúor. Ou seja, estamos falando especificamente sobre aquela parte da molécula, aquela parte do hidrogênio, que tem uma carga parcialmente positiva, sendo atraída por uma extremidade parcialmente negativa de outra molécula. Ou seja, quando falamos sobre as interações dipolo-dipolo, estamos falando sobre as ligações clássicas entre um dipolo molecular e as ligações formadas através das ligações de hidrogênio. Um detalhe interessante é que essas ligações de hidrogênio não precisam nem mesmo correr entre moléculas semelhantes. Por exemplo, a gente poderia ter uma ligação de hidrogênio entre uma molécula de amônia e uma molécula de água. Ou uma molécula de água com o fluoreto de hidrogênio. Um detalhe interessante que eu ainda não falei, mas esses tipos de ligações são muito importantes em biologia. Por exemplo, isso aqui que eu estou mostrando agora é uma estrutura do DNA. Perceba que os pares de bases do DNA, que você pode imaginar como sendo degraus de uma escada, são formados por ligações de hidrogênio. Essas ligações de hidrogênio são fortes o suficiente para manter essa dupla hélice junta, mas elas podem ser quebradas na hora que têm que replicar ou transcrever o DNA. As ligações de hidrogênio também são um grande negócio em proteínas. Você vai aprender na aula de biologia que as proteínas são feitas em cadeias de aminoácidos e a função é fortemente influenciada pela forma dessa proteína. E essa forma é influenciada por ligações de hidrogênio que podem se formar entre os aminoácidos que compõem a proteína. Portanto, meu amigo ou minha amiga, as ligações de hidrogênio estão por toda parte. Existem muitas ligações de hidrogênio em seu corpo agora, nesse momento, e não é por causa do DNA. Não se esqueça que a maior parte do seu corpo é água. Sendo assim, a vida como a conhecemos não existiria sem as ligações de hidrogênio. Eu espero que você tenha compreendido tudo direitinho o que conversamos até aqui. E, mais uma vez, eu quero deixar para você um grande abraço, e até a próxima!