Polaridade de moléculas: Ligações moleculares e ligações de hidrogênio

Carlos Roberto de Lana
(Atualizado em 24/06/2014 às 16h46)

Átomos são constituintes da matéria nos quais as cargas elétricas positivas dos prótons e negativas dos elétrons se equivalem e neutralizam entre si. Quando os átomos se unem em ligações tendem a conservar essa neutralidade elétrica, mantendo equiparado o número total de prótons e elétrons.

Nas ligações iônicas, essa interação se dá pela cessão de um ou mais elétrons por um dos átomos da ligação que os tinha em excesso em sua eletrosfera (característica dos metais) e a recepção deles pelo outro que os tinha em falta (típico de não metais).

Como a soma dos elétrons perdidos por um dos membros da ligação é igual à soma dos ganhos pelo receptor, cada átomo encontra seu nível ótimo de camadas de elétrons enquanto a união de ambos faz com que o conjunto se mantenha eletricamente neutro.

Ligações moleculares

As ligações moleculares ou covalentes seguem outro mecanismo. Esse tipo de ligação se dá entre dois não metais. Como não metais são elementos químicos que precisam ganhar elétrons para se estabilizar, ou seja, encontrar o nível ótimo de distribuição das camadas de sua eletrosfera, temos uma ligação em que todos os átomos envolvidos estão propensos a receber elétrons, mas não a cedê-los.

A solução se dá através do compartilhamento. Os átomos ligados compartilham um ou mais elétrons que passam a complementar as eletrosferas de ambos simultaneamente, como necessitavam. Essas ligações, como vimos, são chamadas de covalentes ou moleculares e os grupos de átomos ligados por elas são chamados de moléculas.

As moléculas também são eletricamente neutras, uma vez que seus átomos compartilham um ou mais pares eletrônicos, mas conservam a equivalência entre o número de cargas positivas dos prótons do núcleo e o número de cargas negativas dos elétrons que o orbitam.

Eletronegatividade

Só que a observação revelou alguns comportamentos nas moléculas difíceis de explicar sem admitir que de algum modo suas cargas elétricas continuassem atuando. Estes comportamentos começaram a ser explicados pela descoberta da eletronegatividade, propriedade que mede a tendência de um átomo a atrair elétrons.

Assim, numa ligação covalente, os elétrons tendem a ficar mais próximos do átomo de maior eletronegatividade, que os atrai mais intensamente. Na tabela periódica, a eletronegatividade aumenta de baixo para cima nos grupos (verticais da tabela) e da esquerda para a direita nos períodos (horizontais da tabela).

Assim, os elementos químicos de menor eletronegatividade encontram-se no canto inferior esquerdo da tabela e os de maior no canto superior direito, com o valor desta propriedade crescendo através da tabela periódica ao longo de uma diagonal como se vê abaixo:

  • A seta amarela representa a tendência de aumento da eletronegatividade dos elementos químicos ao longo da tabela periódica.

O efeito da eletronegatividade sobre as moléculas é que os elétrons compartilhados não o são de uma maneira equitativa. Os átomos mais eletronegativos trazem os elétrons para perto de si e acumulam em sua proximidade suas cargas elétricas negativas. Por conseqüência, os átomos menos eletronegativos ficam mais distantes dos elétrons e na vizinhança deles as cargas positivas tendem a predominar.

Moléculas com dois pólos

O resultado é que as moléculas que apresentam essa característica desenvolvem dois pólos elétricos, um negativo, próximo ao átomo mais eletronegativo onde os elétrons se concentram e outro pólo positivo, próximo ao átomo menos eletronegativo, que fica distante dos elétrons e assim evidencia mais as cargas positivas de seus prótons.

Um dos melhores exemplos de molécula polar é a água, que liga dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. Como o oxigênio situa-se no canto superior direito da tabela, é um dos elementos químicos de maior eletronegatividade, perdendo apenas para o flúor, situado ao seu lado.

Pois bem, o oxigênio é muito mais eletronegativo que os dois átomos de hidrogênio, com os quais compartilha dois pares eletrônicos formando uma ligação covalente. Dessa forma o oxigênio puxa para perto de si os elétrons compartilhados, formando um pólo elétrico negativo na sua vizinhança enquanto um pólo positivo se forma em torno dos átomos de hidrogênio, que perde a briga pelos elétrons para o vizinho mais eletronegativo, como representado a seguir:

  • A água é uma molécula polar, na qual as nuvens de elétrons (representadas em vermelho) tendem a se concentrar próximas do elemento mais eletronegativo, o oxigênio. Já a molécula apolar de etano (abaixo, à direita) apresenta uma distribuição simétrica dos elétrons.

A figura acima também ilustra a diferença entre uma molécula polar como a água e outra apolar como o etano. Nesta última, os dois átomos de carbono que constituem a molécula junto com seis de hidrogênio não formam pólos positivo e negativo por conta da distribuição uniforme dos elétrons, conseqüência do equilíbrio das eletronegatividades.

Ligações de hidrogênio

Um dos efeitos da polaridade das moléculas são as ligações de hidrogênio. Essas ligações surgem quando o pólo positivo formado pelo hidrogênio em uma molécula é atraído pelo pólo negativo de outra molécula também polar.

No caso da água, os hidrogênios de uma molécula são atraídos pelo oxigênio da outra, por causa de suas polaridades elétricas contrárias, como representado na próxima figura:

  • As ligações de hidrogênio se formam na água quando o oxigênio negativamente polarizado atrai o pólo positivo formado pelos hidrogênios de outra molécula de água.

As ligações de hidrogênio afetam a estrutura do H2O e são responsáveis por algumas de suas propriedade peculiares, como o fato de a água aumentar de volume quando passa do estado líquido para o sólido, ao contrário do que ocorre com a maioria das substâncias, que diminuem de volume ao longo dessa mudança de fase.

Também são as ligações de hidrogênio que conferem à água a capacidade de dissolver sais e outras substâncias polares, cujas moléculas ou íons se separam de sua formação original para se alinharem seguindo a atração eletrostática dos pólos negativo e positivo do oxigênio. Por isso, a água é conhecida como solvente universal.

Carlos Roberto de Lana é professor e engenheiro químico.



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