A ligação de hidrogênio ocorre somente quando o hidrogênio está ligado a átomos de:
a) Flúor, oxigênio ou nitrogênio
b) Cloro, enxofre ou fósforo
c) Hidrogênio, carbono ou boro
d) Sódio, cálcio ou magnésio
e) Qualquer átomo eletropositivo

Passo 1

O enunciado pergunta qual é a condição correta para que ocorra ligação de hidrogênio, apresentando as alternativas:
a) Flúor, oxigênio ou nitrogênio
b) Cloro, enxofre ou fósforo
c) Hidrogênio, carbono ou boro
d) Sódio, cálcio ou magnésio
e) Qualquer átomo eletropositivo
O que está sendo pedido: escolher a alternativa que descreve corretamente os átomos aos quais o hidrogênio deve estar ligado para que ocorra ligação de hidrogênio.
Informações relevantes dadas pelo enunciado: as cinco alternativas com conjuntos de elementos químicos. Não há outros dados numéricos nem figuras.

Passo 2

O que é ligação de hidrogênio (explicação conceitual, passo a passo)?
  • Ligação de hidrogênio é uma interação intermolecular (ou, às vezes, intramolecular) forte do tipo dipolo–dipolo dirigida: ocorre quando um átomo de hidrogênio está covalentemente ligado a um átomo muito eletronegativo, e esse hidrogênio parcialmente carregado positivamente ( \delta^+) interage com um par de elétrons não ligantes (lone pair) de outro átomo eletronegativo, que atua como aceitador.
  • Em linguagem simples: precisa haver um doador H—X, em que X é muito eletronegativo, e um aceitador com par(es) solitários (por exemplo, Y:) que “segura” o hidrogênio por atração elétrica fraca, formando X\!-\!H\cdots Y.
  • Termos: “doador” = a ligação covalente X\!-\!H que cria o \delta^+ no H; “aceitador” = átomo com par(es) eletrônicos livres que recebe a interação ( \cdots denota a ligação de hidrogênio).

Passo 3

Por que a eletronegatividade importa? (uma mini-aula)
  • Eletronegatividade mede a tendência de um átomo em atrair elétrons numa ligação. Quanto mais eletronegativo for X, mais os elétrons da ligação X\!-\!H ficam perto de X, deixando o hidrogênio com carga parcial positiva maior ( \delta^+). Esse \delta^+ é o que permite que H seja atraído por pares eletrônicos em outro átomo.
  • Valores de referência (escala de Pauling, aproximados): flúor \mathrm{F}\approx 4{,}0, oxigênio \mathrm{O}\approx 3{,}5, nitrogênio \mathrm{N}\approx 3{,}0. Valores de outros elementos: cloro \mathrm{Cl}\approx 3{,}0, enxofre \mathrm{S}\approx 2{,}5, fósforo \mathrm{P}\approx 2{,}1, carbono \mathrm{C}\approx 2{,}5, boro \mathrm{B}\approx 2{,}0, metais alcalinos/terrosos \mathrm{Na}\approx 0{,}9, \mathrm{Mg}\approx 1{,}2, \mathrm{Ca}\approx 1{,}0.
  • Regras práticas: para ligação de hidrogênio significativa é preciso que o átomo ligado ao hidrogênio seja muito eletronegativo (tipicamente \mathrm{F}, \mathrm{O} ou \mathrm{N}) e que exista ao menos um par solitário no aceitador. Se o átomo ligado ao H não for bem eletronegativo, o H não ficará suficientemente positivo e a interação será fraca ou ausente.

Passo 4

Exemplos concretos para fixar a ideia (como reconhecer na prova)
  • Água: \mathrm{O\!-\!H\cdots O}. O hidrogênio está ligado ao oxigênio ( \mathrm{O} é muito eletronegativo e tem pares solitários). Resultado: fortes ligações de hidrogênio entre moléculas de água — explica ponto de ebulição alto.
  • Fluoreto de hidrogénio: \mathrm{F\!-\!H\cdots F}. Moléculas formam cadeias por ligações de hidrogênio muito fortes.
  • Amônia: \mathrm{N\!-\!H\cdots N} (mais fracas que em água, mas existem).
  • Observação prática: quando vir H ligado a \mathrm{O}, \mathrm{N} ou \mathrm{F}, marque como provável ligação de hidrogênio (desde que haja um par livre no aceitador).

Passo 5

Por que as outras alternativas estão erradas (análise item a item)
  • a) \mathrm{F}, \mathrm{O} ou \mathrm{N}: esses átomos são altamente eletronegativos e têm pares livres; portanto, quando ligados covalentemente ao H, criam o cenário correto para ligação de hidrogênio. Esta alternativa atende aos requisitos — boa candidata.
  • b) \mathrm{Cl}, \mathrm{S} ou \mathrm{P}: embora \mathrm{Cl} e \mathrm{N} tenham eletronegatividades parecidas numericamente, \mathrm{Cl} é maior e menos eficaz em polarizar a ligação H e os pares de \mathrm{Cl} não formam ligações de hidrogênio fortes; \mathrm{S} e \mathrm{P} são significativamente menos eletronegativos ( \mathrm{S}\approx 2{,}5, \mathrm{P}\approx 2{,}1) e normalmente não promovem ligação de hidrogênio forte. Logo, alternativa (b) está incorreta.
  • c) \mathrm{H}, \mathrm{C} ou \mathrm{B}: H–H não faz sentido para doar H com carga parcial; C ligado a H (ligações C–H) é pouco polar na maioria dos casos, então C–H não costuma formar ligações de hidrogênio (exceto casos muito especiais e fracos, p.ex. C–H ativado por grupos eletronegativos): regra geral, está errado. Boro também não tem eletronegatividade suficiente.
  • d) \mathrm{Na}, \mathrm{Ca} ou \mathrm{Mg}: são metais (eletropositivos), não formam ligações covalentes H—X com o tipo de polarização necessária; hidrácidos/metais formam espécies iônicas ou hidretos, não o padrão requerido para ligação de hidrogênio. Errado.
  • e) “Qualquer átomo eletropositivo”: contradiz a própria definição — ligação de hidrogênio exige o átomo ligado ao H ser eletronegativo (não eletropositivo). Portanto, (e) está incorreta.

Passo 6

Aspectos quantitativos e ideia de força (para lembrar na hora da prova)
  • A ligação de hidrogênio tem energia típica na faixa aproximadamente \displaystyle 10\text{–}40\\ \text{kJ mol}^{-1} (dependendo da força; por comparação, ligações covalentes têm centenas de \text{kJ mol}^{-1}). Isso mostra que é mais forte que uma interação de van der Waals típica, mas mais fraca que uma ligação covalente.
  • Na prova: se pedirem justificar por que água tem ponto de ebulição muito maior que H _2S, diga: porque em \mathrm{H_2O} existem ligações de hidrogênio ( \mathrm{O} é eletronegativo), enquanto em \mathrm{H_2S} (S menos eletronegativo) não há ligações de hidrogênio significativas.

Passo 7

Conclusão final e dica prática
  • Regra prática de prova (decora e use): ligação de hidrogênio clássica ocorre quando o hidrogênio está ligado a \mathrm{F}, \mathrm{O} ou \mathrm{N}. Sempre verifique se existe também um par livre no aceitador.
  • Dica motivacional: se estiver em dúvida numa questão rápida, procure por H ligado a O, N ou F — se estiver, é muito provável que a alternativa correta seja essa.

Resposta

a) Flúor, oxigênio ou nitrogênio