A água é essencial para a vida, em grande parte devido à sua polaridade. Explique como a geometria angular da molécula de água e a polaridade da ligação O-H resultam em um momento de dipolo molecular significativo. Como essa propriedade permite que a água dissolva compostos iônicos como o NaCl e moléculas polares como a glicose, mas não lipídios apolares?
Passo 1
O enunciado pede para explicar, do ponto de vista de química molecular, como a geometria angular da molécula de água e a diferença de eletronegatividade nas ligações O–H geram um dipolo molecular forte. Em seguida, quer entender por que esse dipolo permite que a água dissolva compostos iônicos (como NaCl) e moléculas polares (como a glicose), mas não lipídios apolares. Vamos usar conceitos de química de ligações, momento de dipolo, hidratação e interações intermoleculares.
Passo 2
A molécula de água tem fórmula estrutural H–O–H e ângulo entre as ligações dado por
Esse ângulo é resultado do par de elétrons não ligantes no oxigênio que repelem as ligações O–H, gerando uma geometria angular (ou “em V”).
O oxigênio é muito mais eletronegativo que o hidrogênio, de modo que em cada ligação O–H os elétrons passam mais tempo perto do oxigênio. Isso faz com que cada ligação O–H seja polar, com carga parcial negativa no oxigênio ( ) e carga parcial positiva nos hidrogênios (
).
O oxigênio é muito mais eletronegativo que o hidrogênio, de modo que em cada ligação O–H os elétrons passam mais tempo perto do oxigênio. Isso faz com que cada ligação O–H seja polar, com carga parcial negativa no oxigênio (
Passo 3
O momento de dipolo resultante
é a soma vetorial dos momentos parciais de cada ligação. Devido ao ângulo de
, os dois vetores de ligação não se cancelam, produzindo um dipolo líquido significativo apontando do bissetor do ângulo em direção ao oxigênio. Em módulo,
Passo 4
Num íon como NaCl, ao se dissolver em água, há separação em
e
. As moléculas de água se orientam ao redor de cada íon formando uma coroa de solvatização (hidratação):
- As extremidades
(oxigênios) se dirigem ao . - As extremidades
(hidrogênios) se dirigem ao .
Essas interações eletrostáticas fortes superam as forças de coesão no cristal iônico, mantendo os íons dispersos em solução.
Passo 5
Moléculas polares como a glicose apresentam grupos –OH e pontes de hidrogênio possíveis com a água. A água forma ligações de hidrogênio com esses grupos, estabilizando a glicose em solução. Cada grupo –OH da glicose é rodeado por moléculas de água, gerando solubilidade por meio das mesmas interações de dipolo–dipolo e hidrogênio.
Passo 6
Lipídios apolares não têm regiões carregadas nem grupos capazes de formar pontes de hidrogênio. Não há afinidade entre o dipolo da água e as cadeias hidrocarbonadas, de modo que não se formam interações estabilizantes. Além disso, agrupar moléculas apolares reduz a área de contato desfavorável com a água (efeito hidrofóbico), levando à insolubilidade dos lipídios.
Resposta
A geometria angular da água faz com que os dois dipolos O–H não se cancelem, gerando um momento de dipolo molecular forte. Esse dipolo permite à água orientar-se em torno de íons (hidratação) e interagir via pontes de hidrogênio com moléculas polares (como glicose). Já lipídios apolares, sem cargas ou grupos polares, não formam nenhuma dessas interações e, por isso, não se dissolvem em água.