Enlace de hidrógeno: definición, efectos, tipos, propiedades

El enlace de hidrógeno es un contacto electrostático dipolo a dipolo entre moléculas que comparten ciertas características de enlace covalente. Los enlaces de hidrógeno son fuertes y dirigidos, lo que da como resultado distancias interatómicas más cortas y una pequeña cantidad de compañeros de interacción. Su fuerza por mol de enlaces de hidrógeno varía de 4 kJ a 50 kJ. En el enlace de hidrógeno, la interacción entre un par solitario de un átomo donador rico en electrones, particularmente los elementos de la segunda fila como el nitrógeno, el oxígeno y el flúor, y el orbital molecular antienlazante de un enlace entre el hidrógeno y un átomo o grupo más electronegativo es denominado enlace intermolecular parcial. 

Si bien los enlaces de hidrógeno contribuyen tanto electrostática como covalentemente, aún se debate hasta qué punto lo hacen. La investigación actual sugiere que la contribución predominante es covalente.

Enlaces de hidrógeno

El enlace de hidrógeno es el desarrollo de enlaces de hidrógeno, que son un tipo de fuerza intermolecular atractiva causada por la interacción dipolo-dipolo entre un átomo de hidrógeno unido a un átomo fuertemente electronegativo y otro átomo muy electronegativo cercano. El hidrógeno está unido covalentemente al átomo de oxígeno más electronegativo en las moléculas de agua (H ₂ O). 

Como resultado de las interacciones dipolo-dipolo entre el átomo de hidrógeno de una molécula de agua y el átomo de oxígeno de otra molécula de H2O, se producen enlaces de hidrógeno en las moléculas de agua.

El par de electrones de enlace en el enlace OH está bastante cerca del núcleo de oxígeno en este caso (debido a la gran diferencia en las electronegatividades del oxígeno y el hidrógeno). Como resultado, el átomo de hidrógeno genera una carga positiva parcial (+) mientras que el átomo de oxígeno desarrolla una carga negativa parcial (-). 

La interacción electrostática entre el átomo de hidrógeno de una molécula de agua (con carga +) y el átomo de oxígeno de otra molécula de agua (con carga -) ahora puede causar enlaces de hidrógeno. Como resultado, los enlaces de hidrógeno son un tipo único de fuerza de atracción intermolecular que solo ocurre cuando los átomos de hidrógeno están unidos a un átomo altamente electronegativo. En comparación con las típicas fuerzas dipolo-dipolo y de dispersión, los enlaces de hidrógeno son principalmente fuertes. Sin embargo, son más débiles que las conexiones covalentes o iónicas reales.

Condiciones requeridas para el enlace de hidrógeno

• Un átomo altamente electronegativo debe estar acoplado al átomo de hidrógeno en la molécula. La polarización de una molécula es proporcional a su electronegatividad.
• El átomo electronegativo debe ser de tamaño modesto. Cuanto mayor es la atracción electrostática, menor es el tamaño.

Efectos del enlace de hidrógeno en los elementos

1. Disociación: HF se disocia en agua y envía el ion difluoruro en lugar del ion fluoruro. En HF, esto se debe a los enlaces de hidrógeno. Las moléculas de HCl, HBr y HI no forman enlaces de hidrógeno. Esto explica por qué no existen sustancias químicas como KHCl ₂ , KHBr ₂ y KHI _{2 .}
2. Asociación: debido a los enlaces de hidrógeno, las moléculas de ácido carboxílico existen como dímeros. Dichos compuestos tienen pesos moleculares que son el doble de los calculados a partir de su fórmula simple.

Ejemplos de enlaces de hidrógeno

• Agua: un átomo de oxígeno altamente electronegativo está conectado a un átomo de hidrógeno en la molécula de agua. El par de electrones compartidos son más atraídos por los átomos de oxígeno, y este extremo de la molécula se vuelve negativo, mientras que los átomos de hidrógeno se vuelven positivos.

• Floruro de hidrógeno: el enlace de hidrógeno más fuerte está formado por el flúor, que tiene la electronegatividad más alta.

• Amoníaco: comprende átomos de nitrógeno que son fuertemente electronegativos y están acoplados a átomos de hidrógeno.

• Alcohol y ácido carboxílico 

Fuerza del enlace de hidrógeno: El enlace de hidrógeno es relativamente débil. Los enlaces de hidrógeno tienen una fuerza que está a medio camino entre las fuerzas débiles de van der Waals y los enlaces covalentes fuertes. La atracción del par de electrones compartido y, por tanto, la electronegatividad del átomo, determina la energía de disociación del enlace de hidrógeno.

Propiedades del enlace de hidrógeno

1. Volatilidad: el punto de ebullición de los compuestos que incorporan enlaces de hidrógeno entre moléculas distintas es mayor, por lo que son menos volátiles.
2. Solubilidad: debido al enlace de hidrógeno que puede ocurrir entre el agua y la molécula de alcohol, los alcoholes inferiores son solubles en agua.
3. La menor densidad del hielo que el agua: en el caso del hielo sólido, los enlaces de hidrógeno hacen que las moléculas de agua formen una estructura similar a una jaula. De hecho, cada molécula de agua está tetraédricamente conectada con otras cuatro moléculas de agua. En estado sólido, las moléculas no están tan apretadas como en estado líquido. Esta estructura en forma de caja colapsa cuando el hielo se derrite, acercando las moléculas. Como resultado, el volumen de agua se reduce mientras que la densidad aumenta para la misma cantidad de agua. Como resultado, a 273 K, el hielo tiene menor densidad que el agua. El hielo flota debido a esto.
4. Viscosidad y tensión superficial: los enlaces de hidrógeno se encuentran en compuestos que tienen una molécula asociada. Como resultado, su flujo se vuelve más complicado. Tienen alta tensión superficial y tienen una mayor viscosidad.

¿Por qué los compuestos con enlaces de hidrógeno tienen puntos de fusión y ebullición altos?

Las temperaturas de fusión y ebullición de los compuestos con enlaces de hidrógeno son inusualmente altas. Los elevados puntos de fusión y ebullición de los compuestos con enlaces de hidrógeno son atribuibles a la energía adicional requerida para romper estos enlaces.

• A temperatura ambiente, el H ₂ O es un líquido, mientras que el H ₂ S, el H ₂ Se y el H ₂ Te son todos gases. Los enlaces de hidrógeno producen enlaces en las moléculas de agua, lo que hace que el agua tenga un punto de ebullición más alto que los demás productos químicos.
• Debido a que hay enlaces de hidrógeno en el NH ₃ , pero no en el PH ₃ , el amoníaco tiene un punto de ebullición más alto que el PH ₃ .
• La presencia de enlaces de hidrógeno explica el punto de ebullición particularmente alto del fluoruro de hidrógeno entre los ácidos halógenos.
• Debido a que el etanol contiene enlaces de hidrógeno, tiene un punto de ebullición más alto que el éter dietílico.

Tipos de enlaces de hidrógeno

Hay dos tipos de enlaces H, que se etiquetan de la siguiente manera:

1. Enlace de hidrógeno intermolecular: el enlace de hidrógeno intermolecular se produce cuando se forman enlaces de hidrógeno entre moléculas de la misma sustancia o de sustancias distintas. Puentes de hidrógeno en agua, alcohol y amoníaco, por ejemplo.
2. Enlace de hidrógeno intramolecular: el enlace de hidrógeno intramolecular se refiere al enlace de hidrógeno que ocurre dentro de una sola molécula. Ocurre en compuestos con dos grupos, uno de los cuales tiene un átomo de hidrógeno unido a un átomo electronegativo y el otro de los cuales tiene un átomo altamente electronegativo unido a un átomo menos electronegativo del otro grupo. El enlace se crea entre los átomos más electronegativos de un grupo y los átomos de hidrógeno del otro grupo.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: Regla del octeto estatal.

Responder:

Los átomos son más estables cuando sus capas de valencia están llenas de ocho electrones, según la regla del octeto. Se basa en la observación de que los átomos de los elementos del grupo principal tienen una propensión a formar enlaces químicos de tal manera que cada átomo de la molécula resultante tiene ocho electrones en la capa de valencia. Solo los elementos del grupo central están sujetos a la regla del octeto.

Pregunta 2: ¿Cuáles son los factores que afectan la formación del enlace iónico?

Responder: 

Los factores que afectan la formación de enlaces iónicos son: – 

• Entalpía de ionización
• Entalpía de ganancia de electrones
• Energía reticular

Pregunta 3: Enumere tres características de los compuestos iónicos.

Responder:

Las características de los compuestos iónicos son las siguientes: –

1. Los puntos de fusión y ebullición de los compuestos iónicos suelen ser bastante altos. Esto se debe a las fuertes fuerzas electrostáticas que mantienen unidos a los iones en los compuestos iónicos.
2. Los compuestos iónicos se encuentran frecuentemente en forma sólida.
3. Las soluciones de compuestos iónicos son excelentes conductores eléctricos. En su estado fundido, también son buenos conductores de electricidad.

Pregunta 4: ¿Qué es el enlace de hidrógeno?

Responder:

Cuando un átomo de hidrógeno se acopla a un átomo altamente electronegativo, el par de electrones compartidos son atraídos más por este átomo, y el extremo negativo de las moléculas se vuelve ligeramente negativo mientras que el extremo positivo se vuelve ligeramente positivo. El extremo negativo de una molécula atrae al positivo extremo del otro, resultando en la formación de un enlace débil. Esta conexión se conoce como enlace de hidrógeno.

Pregunta 5: ¿Cuáles son las condiciones requeridas para el enlace de hidrógeno?

Responder:

Las condiciones requeridas para el enlace de hidrógeno son:

• Un átomo altamente electronegativo debe estar acoplado al átomo de hidrógeno en la molécula. La polarización de una molécula es proporcional a su electronegatividad.
• El átomo electronegativo debe ser de tamaño modesto. Cuanto mayor es la atracción electrostática, menor es el tamaño.