Grade 11
  1. Conceitos básicos de química  1.1. Importância da Química  1.2. Natureza e escopo da química  1.3. leis da combinação química  1.3.1. Lei da conservação da massa  1.3.2. Lei das proporções definidas  1.3.3. Lei das proporções múltiplas  1.3.4. Lei dos volumes gasosos  1.3.5. Lei de Avogadro  1.4. Teoria atômica de Dalton  1.5. Conceito de mol e massa molar  1.6. Composição percentual  1.7. Fórmula empírica e molecular  1.8. Estequiometria e Cálculos Estequiométricos  1.9. Conceito de reagente limitante
  2. Estrutura do átomo  2.1. Descoberta do elétron, próton e nêutron  2.2. Modelo Atômico  2.2.1. Modelo de Thomson  2.2.2. Modelo de Rutherford  2.2.3. Modelo de Bohr  2.3. Modelo mecânico quântico do átomo  2.4. Dupla natureza da matéria e da radiação  2.5. Princípio da Incerteza de Heisenberg  2.6. Números quânticos  2.7. Orbitais atômicos e suas formas  2.8. Configuração eletrônica dos elementos  2.9. Princípio de Aufbau  2.10. Princípio da exclusão de Pauli  2.11. Regra da máxima multiplicidade de Hund  2.12. Hipótese de de Broglie  2.13. Efeito fotoelétrico
  3. Classificação dos elementos e periodicidade nas propriedades  3.1. Desenvolvimento histórico da tabela periódica  3.2. Lei Periódica Moderna e Tabela Periódica  3.3. Tendências periódicas em propriedades  3.3.1. Raio Atômico e Iônico  3.3.2. Entalpia de ionização  3.3.3. Entalpia de ganho de elétrons  3.3.4. Eletronegatividade  3.3.5. Valência  3.3.6. Propriedades Metálicas e Não Metálicas  3.3.7. Estados de oxidação  3.4. Propriedades Incomuns dos Primeiros Elementos
  4. Chemical Bonding and Molecular Structure  4.1. Abordagem de Kossel–Lewis para ligação química  4.2. Ligação iônica ou eletrovalente  4.3. Ligação covalente e suas características  4.4. Parâmetros de ligação  4.5. Teoria VSEPR  4.6. Teoria do enlace de valência  4.7. Hibridização e seus tipos  4.8. Teoria do orbital molecular  4.8.1. Ordem de ligação e estabilidade  4.9. Ligação de hidrogênio
  5. Estados da matéria  5.1. Forças intermoleculares  5.2. Leis dos Gases  5.2.1. Lei de Boyle  5.2.2. Lei de Charles  5.2.3. Lei de Avogadro  5.2.4. Lei de Dalton das pressões parciais  5.2.5. Lei de Graham da difusão  5.3. Equação do Gás Ideal e Aplicações  5.4. Gases reais e desvios do comportamento ideal  5.5. Teoria cinética molecular dos gases  5.6. Liquefação de gases  5.7. Propriedades dos Líquidos  5.8. Tensão superficial e viscosidade
  6. termodinâmica  6.1. Sistema e ambiente  6.2. Tipos de sistemas em termodinâmica  6.3. Tipos de procedimentos  6.4. Primeira lei da termodinâmica  6.5. Energia interna e entalpia  6.6. Capacidade calorífica e calor específico  6.7. Lei de Hess da soma constante de calor  6.8. Entalpia de dissociação de ligação  6.9. Entalpia de formação e combustão  6.10. Entalpia de solução e neutralização  6.11. Espontaneidade e a segunda lei da termodinâmica  6.12. Energia livre de Gibbs e suas aplicações
  7. Equilíbrio  7.1. O conceito de equilíbrio  7.2. Constante de equilíbrio e suas aplicações  7.3. Princípio de Le Chatelier  7.4. Equilíbrio iônico em soluções  7.5. Teoria de Ácidos e Bases  7.5.1. Conceito de Arrhenius  7.5.2. Conceito de Bronsted-Lowry  7.5.3. Conceito de Lewis  7.6. Escala de pH e pOH  7.7. Efeito do íon comum  7.8. Hidrólise de sais  7.9. Soluções tampão e seu mecanismo de ação  7.10. Equilíbrio de solubilidade de sais pouco solúveis
  8. Reações Redox  8.1. Conceitos de Oxidação e Redução  8.2. Número de oxidação e suas aplicações  8.3. Reações redox em termos de transferência de elétrons  8.4. Balanceamento de reações redox (métodos do número de oxidação e íon-elétron)  8.5. Tipos de reações redox  8.6. Células Eletroquímicas e Reações Redox
  9. Hidrogênio  9.1. Posição do Hidrogênio na Tabela Periódica  9.2. Isótopos do hidrogênio  9.3. Preparação de Hidrogênio  9.4. Propriedades do Hidrogênio  9.5. Hidratos e sua classificação  9.6. Água e água pesada  9.7. Peróxido de hidrogênio e suas propriedades  9.8. Usos do Hidrogênio e Seus Compostos
  10. Elementos do bloco s (metais alcalinos e alcalino-terrosos)  10.1. Elementos do Grupo 1 - Propriedades e Tendências  10.2. Elementos do Grupo 2 - Propriedades e Tendências  10.3. Unusual properties of lithium and beryllium  10.4. Compostos importantes de sódio e seus usos  10.5. Compostos Importantes de Magnésio e Cálcio
  11. Alguns elementos do bloco p  11.1. Introdução Geral aos Elementos do Bloco p  11.2. Elementos do Grupo 13  11.2.1. Boro e seus compostos  11.3. Grupo 14 Elementos  11.3.1. Carbono e seus alótropos  11.3.2. Compostos Importantes de Carbono e Silício
  12. Química Orgânica - Alguns Princípios e Técnicas Básicas  12.1. Classificação e Nomenclatura de Compostos Orgânicos  12.2. Representação estrutural de compostos orgânicos  12.3. Classificação das reações orgânicas  12.4. Efeitos Eletrônicos em Química Orgânica  12.4.1. Efeito indutivo  12.4.2. Efeito de ressonância  12.4.3. Hiperconjugação  12.5. Mecanismo de reação e espécies intermediárias  12.6. Purificação e análise qualitativa de compostos orgânicos
  13. Hidrocarbonetos  13.1. Hidrocarbonetos  13.1.1. Preparação e Propriedades dos Alcenos  13.2. alceno  13.2.1. Preparação e Propriedades dos Alcenos  13.2.2. Reações de adição eletrofílica  13.3. Alcinos  13.3.1. Preparação e Propriedades dos Alcinos  13.4. Aromatic hydrocarbons  13.4.1. Estrutura e propriedades do benzeno  13.4.2. Reações de substituição eletrofílica do benzeno
  14. Química Ambiental  14.1. Poluição Ambiental  14.2. Poluição atmosférica e o efeito estufa  14.3. Poluição da água e métodos de tratamento  14.4. Poluição do solo e seus efeitos  14.5. Resíduos industriais e seu tratamento  14.6. Estratégias para controle da poluição

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Ligação de hidrogênio


No fascinante mundo da química, as interações entre átomos e moléculas ajudam a moldar a estrutura e as propriedades das substâncias. Entre os diferentes tipos de ligações químicas, as ligações de hidrogênio desempenham um papel particularmente importante nos sistemas biológicos e na determinação das propriedades da água e de outros compostos simples. Exploraremos o que são as ligações de hidrogênio, como elas se formam e quais são suas implicações em aplicações do mundo real.

O que é ligação de hidrogênio?

A ligação de hidrogênio é um tipo de atração dipolo-dipolo entre moléculas. É chamada de "ligação de hidrogênio" porque ocorre quando o hidrogênio está envolvido em uma interação especial com átomos eletronegativos. A ligação de hidrogênio não é uma ligação verdadeira como uma ligação covalente ou iônica, mas é uma força intermolecular forte e muito mais forte do que as forças de van der Waals ou interações dipolo-dipolo.

A ligação de hidrogênio pode ser representada da seguinte forma:

    DH ··· A

onde D é um átomo doador, como oxigênio, nitrogênio ou flúor, que está covalentemente ligado ao átomo de hidrogênio, e A é um átomo aceptor com um par de elétrons não compartilhado que é atraído para o hidrogênio.

Como as ligações de hidrogênio são formadas

As ligações de hidrogênio são formadas devido à atração entre um átomo de hidrogênio ligado a um átomo eletronegativo e outro átomo eletronegativo. Este processo pode ser explicado nos seguintes passos:

  1. Eletronegatividade: A eletronegatividade é a tendência de um átomo de atrair elétrons compartilhados. Quando o hidrogênio se liga a elementos altamente eletronegativos, como nitrogênio (N), oxigênio (O) ou flúor (F), os elétrons compartilhados são atraídos mais fortemente por esses elementos. Isso cria uma carga parcial positiva no hidrogênio e uma carga parcial negativa nos outros átomos.
  2. Ligação covalente polar: Uma ligação covalente polar se forma como resultado do compartilhamento desigual de elétrons. Por exemplo, na molécula de água (H2O), o átomo de oxigênio é mais eletronegativo do que os átomos de hidrogênio, criando um momento dipolo com o oxigênio, que tem uma carga parcial negativa.
  3. Atração entre moléculas: O hidrogênio parcialmente positivo de uma molécula é atraído pelo oxigênio parcialmente negativo (ou outros átomos eletronegativos) de uma molécula vizinha, formando uma ligação de hidrogênio.

Exemplos de ligação de hidrogênio

Vamos considerar alguns exemplos específicos de ligação de hidrogênio e entender sua ocorrência e implicações utilizando compostos simples.

Água (H2O)

A água é talvez o composto mais conhecido que apresenta ligação de hidrogênio. Cada molécula de água pode formar quatro ligações de hidrogênio com seu ambiente circundante, conferindo a ela propriedades únicas, como alto ponto de ebulição, tensão superficial e capacidade de solvatação. A estrutura molecular da água que facilita a ligação de hidrogênio é a seguinte:

    O /  HH

O oxigênio rico em elétrons possui uma carga ligeiramente negativa, e o hidrogênio possui uma carga ligeiramente positiva, o que faz com que as ligações de hidrogênio se formem entre as moléculas de água:

    HH  / O---O /  HH

Amônia (NH3)

A amônia contém nitrogênio como elemento eletronegativo e, devido ao par de elétrons não compartilhado no nitrogênio, pode formar ligações de hidrogênio:

    H | H - N - H

A ligação de hidrogênio na amônia ocorre entre o átomo de hidrogênio de uma molécula de amônia e o par de elétrons não compartilhado localizado no nitrogênio de outra molécula de amônia.

Ácido fluorídrico (HF)

Assim como a água e a amônia, o ácido fluorídrico apresenta ligação de hidrogênio, onde o hidrogênio está ligado ao altamente eletronegativo flúor:

    H - F ··· H - F

A forte atração entre os átomos de hidrogênio e flúor em várias moléculas de HF explica a ligação de hidrogênio.

Importância nos sistemas biológicos

As ligações de hidrogênio são vitais para a estrutura e função das moléculas biológicas.

Estrutura do DNA

No DNA, a estrutura de dupla hélice é estabilizada por ligações de hidrogênio entre pares de bases complementares. A adenina (A) emparelha com a timina (T) através de duas ligações de hidrogênio:

    A=T

Enquanto isso, a citosina (C) emparelha com a guanina (G) através de três ligações de hidrogênio:

    C≡G

Essas ligações permitem que o DNA mantenha sua integridade estrutural, o que é importante para o armazenamento e a replicação da informação genética.

Proteína

As ligações de hidrogênio desempenham um papel fundamental na estrutura secundária das proteínas, incluindo a alfa-hélice e a folha beta-pregueada. Elas ocorrem entre os elementos da espinha dorsal da cadeia polipeptídica:

    C=O ··· HN

Essas ligações de hidrogênio contribuem significativamente para a estrutura tridimensional das proteínas e influenciam sua atividade biológica e estabilidade.

Propriedades afetadas pela ligação de hidrogênio

A ligação de hidrogênio afeta significativamente as propriedades físicas dos compostos, como seu ponto de ebulição, ponto de fusão e solubilidade.

Ponto de ebulição e ponto de fusão

Substâncias com ligações de hidrogênio geralmente têm pontos de ebulição e fusão mais altos do que o esperado. Isso ocorre porque é necessária energia extra para quebrar as ligações de hidrogênio intermoleculares. Por exemplo, o ponto de ebulição da água é muito mais alto do que o de outras moléculas de tamanho semelhante, como a amônia, mas sem forte ligação de hidrogênio.

Solubilidade

As ligações de hidrogênio contribuem significativamente para a solubilidade dos compostos. Como a água pode formar ligações de hidrogênio, pode dissolver muitas outras substâncias capazes de formar ligações de hidrogênio, o que faz com que a água seja frequentemente chamada de solvente universal.

Tipos de ligações de hidrogênio

As ligações de hidrogênio podem ser classificadas em dois tipos, dependendo da natureza dos átomos participantes:

Ligações de hidrogênio intermoleculares

Estas ocorrem entre átomos de hidrogênio em uma molécula e um átomo eletronegativo em outra. Exemplos incluem água, onde cada molécula forma ligações de hidrogênio com suas vizinhas.

Ligações de hidrogênio intramoleculares

Estas ocorrem dentro da mesma molécula, tornando sua estrutura estável. Um exemplo disso é o orto-nitrofenol, onde o hidrogênio do grupo hidroxila (-OH) forma uma ligação com o oxigênio no grupo nitro (-NO2).

Aplicações da ligação de hidrogênio

A ligação de hidrogênio tem amplas aplicações no mundo real, variando de produtos farmacêuticos a ciência dos materiais.

Medicamentos

Muitos medicamentos utilizam a ligação de hidrogênio para aumentar sua eficácia e capacidade de ligação com alvos biológicos, garantindo o efeito fisiológico adequado.

Física

O desenvolvimento de novos materiais para aplicações ambientais, como purificação de água, muitas vezes depende da ligação de hidrogênio para facilitar interações específicas com solutos ou poluentes.

Conclusão

A ligação de hidrogênio, embora muitas vezes considerada uma interação mais fraca do que as ligações covalentes e iônicas, desempenha um papel vital na determinação da estrutura e propriedades dos compostos. Seu papel nas moléculas biológicas é insubstituível, tornando-o central para a vida na Terra. Ao entender e usar as ligações de hidrogênio, cientistas e engenheiros continuam a inovar em uma variedade de campos.


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