Este artigo trás um desses fenômenos intrigantes da natureza que os químicos explicam recorrendo as estruturas diminutas, como moléculas e átomos. Vamos descobrir as razões disso juntos? Com vocês, as pontes de hidrogênio!
O experimento que iremos propor é como aquelas histórias de pescador: difícil de acreditar :). Pois imaginem que existem casos que 1+1 não é 2 não! Estamos no mundo das moléculas e esse nos reserva surpresas impressionantes. Entretanto, para começarmos o assunto, se faz necessária a revisão de alguns conceitos importantes, os quais são apresentados na sequência, com o objetivo de assegurar uma discussão frutífera sobre este fantástico fenômeno que este artigo trata.
Solubilidade
A solubilidade de substâncias se dá em função de uma afinidade eletrônica existente entre as espécies em um sistema. Essa afinidade eletrônica pode ser expressa na famosa frase: semelhante dissolve semelhante. A questão é: semelhante em que aspecto? Para responder essa pergunta, devemos fazer uma análise da estrutura molecular das substâncias envolvidas.
Um cubo de açúcar contém muitas moléculas e elas são mantidas unidas pelas pontes de hidrogênio (imagem a esquerda). Quando um cubo de açúcar dissolve, cada molécula permanece intacta. A molécula estabelece pontes com as moléculas de água (animação piscando em vermelho) e desfaz as pontes com as outras moléculas de açúcar. Por outro lado, o sal em solução transforma-se em íons (imagem a direita), como o cátion Na+ e o ânion Cl–. A solubilidade dessas substâncias só é possível devido a afinidade eletrônica existente entre o soluto (açúcar e o sal) e o solvente (a água).
Existem basicamente dois meios de substância no que diz respeito a polaridade: polares e apolares. O termo polar nos dá a idéia de opostos, onde um dado ponto é negativo e o outro é positivo. Isso é resultado da diferença de contribuição na ligação entre elementos químicos diferentes. O mais eletronegativo atrai para perto de si o par de elétrons que estabelece a ligação com o outro átomo. Um exemplo de substância polar é água, considerada um solvente universal.
Sempre que fizemos referência da solubilidade de uma substância em outra, devemos sempre fazer uma observação quando as propriedades de estados do sistema, como pressão e temperatura por exemplo. Em condições ambientes de temperatura e pressão, (temperatura de 25°C ou 298,15K e pressão de 1 atm ou 101,325 kPa no SI) a água tem o comportamento visto no parágrafo anterior mas, é sabido que em condições extremas, a água pode assumir um caráter de fluído supercrítico, capaz de misturar-se completamente com a maioria dos solventes apolares dentre outras aplicações interessantes.
Quando falamos em polaridade, não podemos pensar em pólos pontuais, mas sim devemos imaginar um gradiente de distribuição de carga, pois estamos falando de interações eletrostáticas de nuvem eletrônica. O termo nuvem eletrônica é utilizado devido ao caráter probabilístico dos orbitais, os quais estão em harmonia com a mecânica quântica, teoria que explica o comportamento de entidades muito pequenas, como partículas subatômicas.
Como dissemos, a polaridade da ligação, ou seja, o deslocamento da nuvem eletrônica para um átomo de forma heterogenia em relação ao outro é explicada pela propriedade denominada eletronegatividade, a qual é diferente para cada elemento químico. Cada elemento tem uma determinado valor de eletronegatividade, a qual podemos relacionar com a tendência que um átomo possui de atrair elétrons para perto de sim, quando se encontra ligado a outro átomo de elemento químico diferente, numa substância composta. Mas não é somente a diferença de eletronegatividade que irá dar subsídios para a classificação de uma molécula em polar ouapolar,mas sim a análise deste último aspecto em conjunto com a conformação dos átomos da molécula.
No caso da molécula de água, temos a presença de dois pares de elétrons não ligantes ou livres, responsáveis pela forma em V da água. Sendo assim, caso fossemos somar os vetores das ligações, constataríamos que a molécula é polar, ou seja, a resultante da soma dos vetores é diferente de zero.
Imaginando os pares de elétrons não ligantes como outros H ligados ao oxigênio, a repulsão chega a um valor 104°5′. Perceba que o ângulo é um pouco menor do que configuração tetraédrica do gás metano (109°28′) por exemplo, devido ao fato da repulsão de elétrons livres ser maior que a repulsão de elétrons estabelecendo uma ligação com outro átomo.
