A ligação de hidrogênio é uma pedra angular da química, sustentando o comportamento de inúmeras substâncias – principalmente a água. Compreender por que essas ligações se formam é essencial para uma compreensão mais profunda das forças intermoleculares e do comportamento químico.

TL;DR

A ligação de hidrogênio surge quando átomos eletronegativos (O, N, F) afastam os elétrons compartilhados do hidrogênio, criando dipolos permanentes que se atraem através das moléculas.

Eletronegatividade e momentos dipolo permanentes

Quando dois átomos compartilham elétrons, a distribuição da densidade eletrônica depende de suas eletronegatividades. Electronegatividades idênticas produzem uma proporção igual, mas quando um átomo é mais electronegativo, os electrões partilhados aglomeram-se mais perto dele. Este desequilíbrio dá ao átomo mais eletronegativo uma ligeira carga negativa e ao átomo menos eletronegativo uma ligeira carga positiva, resultando em um momento dipolar permanente – uma molécula polar.

Como se formam as ligações de hidrogênio

As moléculas polares possuem um lado de hidrogênio com carga positiva e um lado de heteroátomo com carga negativa. Quando o hidrogénio de uma molécula se aproxima do átomo electronegativo de outra, ocorre uma interacção intermolecular atractiva – ligação de hidrogénio. Embora mais fracas que as ligações covalentes (aproximadamente um décimo da força), estas ligações são fundamentais na determinação das propriedades físicas de líquidos e sólidos.

Ligação de Hidrogênio na Água

Água (H₂ O) exemplifica lindamente a ligação de hidrogênio. A maior eletronegatividade do oxigênio atrai a densidade eletrônica para si, deixando os átomos de hidrogênio parcialmente positivos. Cada molécula de água pode doar duas ligações de hidrogênio (por meio de seus dois átomos de H) e aceitar duas (por meio de seus dois pares isolados de oxigênio). Esta extensa rede eleva o ponto de ebulição da água acima do ponto de ebulição de moléculas semelhantes, como o amoníaco, e explica a menor densidade do gelo devido a uma rede aberta, ligada por ligações de hidrogénio.