As moléculas polares que incluem um átomo de hidrogênio podem formar ligações eletrostáticas chamadas ligações de hidrogênio. O átomo de hidrogênio é o único que é composto de um único elétron em torno de um único próton. Quando o elétron é atraído para os outros átomos da molécula, a carga positiva do próton exposto resulta em polarização molecular.
Este mecanismo permite que tais moléculas formem fortes ligações de hidrogênio além das ligações covalentes e iônicas que são a base da maioria dos compostos. As ligações de hidrogênio podem dar aos compostos propriedades especiais e podem tornar os materiais mais estáveis do que os compostos que não podem formar ligações de hidrogênio.
TL; DR (muito longo; Não li)
As moléculas polares que incluem um átomo de hidrogênio em uma ligação covalente têm uma carga negativa em uma extremidade da molécula e uma carga positiva na extremidade oposta. O único elétron do átomo de hidrogênio migra para o outro átomo covalentemente ligado, deixando o próton de hidrogênio carregado positivamente exposto. O próton é atraído para a extremidade carregada negativamente de outras moléculas, formando uma ligação eletrostática com um dos outros elétrons. Essa ligação eletrostática é chamada de ligação de hidrogênio.
Como as moléculas polares se formam
Em ligações covalentes, os átomos compartilham elétrons para formar um composto estável. Em ligações covalentes apolares, os elétrons são compartilhados igualmente. Por exemplo, em uma ligação peptídica não polar, os elétrons são compartilhados igualmente entre o átomo de carbono do grupo carbono-oxigênio carbonil e o átomo de nitrogênio do grupo nitrogênio-amida de hidrogênio.
Para moléculas polares, os elétrons compartilhados em uma ligação covalente tendem a se reunir em um lado da molécula, enquanto o outro lado torna-se positivamente carregado. Os elétrons migram porque um dos átomos tem maior afinidade por elétrons do que os outros átomos na ligação covalente. Por exemplo, embora a própria ligação peptídica seja apolar, a estrutura da proteína associada é devida a ligações de hidrogênio entre o átomo de oxigênio do grupo carbonila e o átomo de hidrogênio da amida grupo.
As configurações de ligação covalente típicas emparelham átomos que têm vários elétrons em sua camada externa com aqueles que precisam do mesmo número de elétrons para completar sua camada externa. Os átomos compartilham os elétrons extras do primeiro átomo, e cada átomo tem uma camada externa completa de elétrons algumas vezes.
Freqüentemente, o átomo que precisa de elétrons extras para completar sua camada externa atrai os elétrons com mais força do que o átomo que fornece os elétrons extras. Nesse caso, os elétrons não são compartilhados uniformemente e passam mais tempo com o átomo receptor. Como resultado, o átomo receptor tende a ter uma carga negativa, enquanto o átomo doador é carregado positivamente. Essas moléculas são polarizadas.
Como as ligações de hidrogênio são formadas
Moléculas que incluem um átomo de hidrogênio covalentemente ligado são frequentemente polarizadas porque o único elétron do átomo de hidrogênio é relativamente frouxamente retido. Ele migra facilmente para o outro átomo da ligação covalente, deixando o único próton carregado positivamente do átomo de hidrogênio de um lado.
Quando o átomo de hidrogênio perde seu elétron, ele pode formar uma forte ligação eletrostática porque, ao contrário de outros átomos, ele não tem mais elétrons protegendo a carga positiva. O próton é atraído pelos elétrons das outras moléculas e a ligação resultante é chamada de ligação de hidrogênio.
Ligações de hidrogênio na água
As moléculas de água, com fórmula química H2O, são polarizados e formam fortes ligações de hidrogênio. O único átomo de oxigênio forma ligações covalentes com os dois átomos de hidrogênio, mas não compartilha os elétrons igualmente. Os dois elétrons de hidrogênio passam a maior parte do tempo com o átomo de oxigênio, que fica carregado negativamente. Os dois átomos de hidrogênio tornam-se prótons carregados positivamente e formam ligações de hidrogênio com os elétrons dos átomos de oxigênio de outras moléculas de água.
Como a água forma essas ligações extras entre suas moléculas, ela possui várias propriedades incomuns. A água tem uma tensão superficial excepcionalmente forte, um ponto de ebulição excepcionalmente alto e requer muita energia para passar de água líquida a vapor. Essas propriedades são típicas de materiais para os quais as moléculas polarizadas formam ligações de hidrogênio.