Autoria: Emerson Inácio Genzi
O Hidrogênio
1- A ligação de hidrogênio
A ligação de hidrogênio, também conhecida como ponte de hidrogênio, é um enlace químico em que o átomo de hidrogênio é atraído simultaneamente por átomos muito eletronegativos,
atuando como uma ponte entre eles. As ligações de hidrogênio podem existir no estado sólido e líquido e em soluções. É condição essencial para a existência da ligação de hidrogênio a
presença simultânea de um átomo de hidrogênio ácido e de um receptor básico. Hidrogênio ácido é aquele ligado a um átomo mais eletronegativo do que ele, de maneira que o seu elétrons
sofra um afastamento parcial. Receptor básico é uma espécie química que possua um átomo ou grupo de átomos com alta densidade eletrônica, sendo que o ideal é a presença de pelo menos um par de elétrons livres. A ligação de hidrogênio pode ser de dois tipos:
Intramolecular – Nesse caso a configuração espacial da molécula é favorável à formação da ligação entre um grupo doador e um receptor de prótons dentro da própria molécula.
Intermolecular – Envolve o grupo doador de prótons de uma molécula e o grupo
receptor de prótons de outra molécula.
2- Ligações na água e no gelo
A molécula de água apresenta dois pares de elétrons ligantes e dois pares não ligantes. O ângulo de ligação esperado seria de 109o28′ (geometria angular). No entanto, verifica-se
experimentalmente que esse ângulo é de 104o5′. Isso se deve ao fato de que a repulsão existente entre pares eletrônicos não ligantes é mais intensa do que entre pares ligantes (veja
melhor em ligações químicas), o que causa um fechamento do ângulo de ligação.
No estado sólido as moléculas de água se agrupam de maneira a formar tetraedros (unidas por ligações de hidrogênio) e dispõem-se linearmente, em camadas. Por se rearranjarem em tetraedros, as moléculas de água no gelo ocupam um volume maior, o que causa uma diminuição da sua densidade, já que d = m/V. Isso explica o fato de uma pedra de gelo flutuar na água.
3- Ligações policêntricas
O hidrogênio pode formar ligações especiais com elementos que possuem baixa densidade eletrônica, como o boro, com o qual pode formar o composto BH3. Este, porém, é instável à
temperatura ambiente, e é substituído pelo composto de fórmula B2H6 (borano), com uma estrutura esquematizada abaixo:
Como cada ligação envolve três núcleos atômicos, esse tipo de ligação é dito tricentrada. Cada linha vermelha tracejada é uma ligação que envolve apenas um elétron. Assim, os pares eletrônicos do hidrogênio fazem parte também dos átomos de boro.
4- estados de oxidação
O hidrogênio poder ter dois estados de oxidação: +1 e -1. O primeiro ocorre quando ele se liga a elementos mais eletronegativos. O hidrogênio com carga positiva corresponde a um próton,
e como se trata de um cátion de volume extremamente pequeno, sua carga elétrica é mais intensa, conseqüentemente, gera um maior campo elétrico, o que lhe confere alto poder polarizante. O estado de oxidação negativo ocorre quando o hidrogênio se liga a elementos menos eletronegativos (geralmente metais). Os compostos mais importantes em que o hidrogênio adquire
carga -1 são chamados hidretos.
Os hidretos podem ser:
Covalentes ou moleculares – São formados quando o hidrogênio se liga a elementos com eletronegatividade próxima à sua. Estes hidretos geralmente são líquidos ou gases. Ex: SiH4 (silano), PH3 (fosfina), AsH3 (arsina).
Iônicos ou salinos – São formados quando o hidrogênio se liga a metais alcalinos ou alcalino-terrosos (com exceção do berílio e do magnésio). Os hidretos do grupo IA são mais reativos do que os do grupo IIA, e esta reatividade cresce se formos descendo em um mesmo grupo. Estes hidretos possuem elevado ponto de fusão.
Metálicos ou intersticiais – São formados quando o hidrogênio se liga a elementos do grupo d ou f. Apresentam brilho metálico, conduzem corrente elétrica, possuem propriedades magnéticas e são menos densos que os metais que lhes deram origem. A densidade mais baixa se deve ao fato de ocorrer uma expansão da nuvem eletrônica na ligação entre o metal e o hidrogênio (lembre-se que d=m/V e quanto maior o volume menor a densidade).
5- Momento magnético protônico
De acordo com a mecânica quântica proposto por Heisenberg, quando dois átomos de hidrogênio se unem para formar uma molécula de H2, pode ocorrer que o movimento de rotação dos núcleos tenham o mesmo sentido ou sentidos opostos. Se tiverem o mesmo sentido, serão chamados de orto-hidrogênios e se tiverem sentidos opostos serão chamados de para-hidrogênios. Isto vale para qualquer molécula diatômica homonuclear (átomos iguais).
6- Algumas aplicações do hidrogênio
Em maçaricos: o oxídrico (com temperatura em torno de 2700o C) e o atômico (com temperatura em torno de 5000 o C – esse tipo de maçarico regenera o hidrogênio molecular)
Redutor na metalurgia – evita a oxidação do metal
Síntese da amônia
Combustível
Bomba de hidrogênio
Hidrogenação de óleos vegetais
Gasolina sintética
