Cientistas descobrem um novo tipo de ligação química. E é surpreendentemente forte

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(Créditos: Mark Mawson/Stone/Getty Images)

Por Rafi Letzter
Publicado na Live Science

Cientistas descobriram recentemente um tipo totalmente novo de ligação química – e é muito mais forte do que deveria ser.

O novo tipo de ligação mostra que a divisão entre ligações covalentes poderosas, que unem as moléculas, e ligações de hidrogênio fracas, que se formam entre as moléculas e podem ser quebradas por algo tão simples como misturar sal em um copo de água, não é tão clara como os livros de química sugerem.

Lembre-se das aulas de química do ensino médio e você recordará de que existem diferentes tipos de ligações que unem os átomos em moléculas e estruturas cristalinas.

As ligações iônicas ligam metais e não metais para formar sais. Ligações covalentes fortes unem moléculas como dióxido de carbono e água. Ligações de hidrogênio muito mais fracas se formam por causa de um tipo de atração eletrostática entre o hidrogênio e um átomo ou molécula com carga mais negativa, por exemplo, fazendo com que as moléculas de água se atraiam e formem gotículas ou gelo cristalino.

As ligações iônicas, covalentes e de hidrogênio são relativamente estáveis; eles tendem a durar por longos períodos de tempo e seus efeitos são facilmente observáveis.

Mas os pesquisadores sabem há muito tempo que, durante uma reação química, à medida que as ligações químicas se formam ou se rompem, as coisas se complicam, envolvendo “estados intermediários” que podem existir por minúsculas frações de segundo e são mais difíceis de observar.

No novo estudo, os pesquisadores conseguiram manter esses estados intermediários por tempo suficiente para fazer um exame detalhado. O que eles descobriram foi uma ligação de hidrogênio com a força de uma ligação covalente, ligando os átomos em algo semelhante a uma molécula.

Para fazer isso, os pesquisadores dissolveram um composto de fluoreto de hidrogênio em água e observaram como os átomos de hidrogênio e flúor interagiam. Os átomos de flúor foram atraídos pelos átomos de hidrogênio devido aos desequilíbrios de cargas positivas e negativas em suas superfícies, a estrutura clássica de uma ligação de hidrogênio. Cada átomo de hidrogênio tendia a ser imprensado entre dois átomos de flúor.

Mas esses sanduíches foram unidos com mais força do que as ligações de hidrogênio típicas, que são facilmente quebradas. Os átomos de hidrogênio saltaram para frente e para trás entre os átomos de flúor, formando ligações tão fortes quanto ligações covalentes e se assemelhando a moléculas, que as ligações de hidrogênio não deveriam ser capazes de formar.

Mas o mecanismo da nova ligação era eletrostático, o que significa que envolvia o tipo de diferenças na carga positiva e negativa que definem as ligações de hidrogênio.

As novas ligações tinham uma força de 45,8 quilocalorias por mol (uma unidade de energia de ligação química), maior do que algumas ligações covalentes. As moléculas de nitrogênio, por exemplo, são feitas de dois átomos de nitrogênio unidos com uma força de cerca de 40 kcal/mol, de acordo com LibreTexts.

Uma ligação de hidrogênio normalmente tem uma energia de cerca de 1 a 3 kcal/mol, de acordo com o livro Biochemistry dos Institutos Nacionais da Saúde do Reino Unido.

Eles descreveram seus resultados em um paper publicado na quinta-feira (7 de janeiro) na revista Science. Em um paper na Science, Mischa Bonn e Johannes Hunger, pesquisadores do Instituto Max Planck de Pesquisa de Polímeros na Alemanha, que não estiveram envolvidos no estudo, escreveram que essa ligação incomum confunde as categorias claras da química.

“A existência de um estado híbrido de ligação covalente-hidrogênio não só desafia nossa compreensão atual do que é exatamente uma ligação química, mas também oferece a oportunidade de entender melhor as reações químicas”, escreveram eles, “onde ‘estados intermediários de reação’ são frequentemente invocados mas raramente estudados diretamente.”

Ligações semelhantes provavelmente existem na água pura, escreveram eles, quando um átomo de hidrogênio se encontra imprensado entre duas moléculas de água. Acredita-se que esses vínculos existem, mas não duram tanto, escreveram os pesquisadores. E eles nunca foram observados de forma conclusiva.

Este estudo, eles escreveram, poderia abrir a porta para uma “compreensão mais profunda de ligações fortes” e os estados intermediários de reação.