¿Qué causa la unión de hidrógeno?

El enlace de hidrógeno ocurre entre un hidrógeno átomo y un átomo electronegativo (por ejemplo, oxígeno, flúor, cloro). El enlace es más débil que un enlace iónico o un enlace covalente, pero más fuerte que las fuerzas de van der Waals (5 a 30 kJ / mol). Un enlace de hidrógeno se clasifica como un tipo de enlace químico débil.

La razón enlaces de hidrógeno ocurre porque el electrón no se comparte de manera uniforme entre un átomo de hidrógeno y un átomo cargado negativamente. El hidrógeno en un enlace todavía solo tiene un electrón, mientras que toma dos electrones para un par de electrones estable. El resultado es que el átomo de hidrógeno tiene una carga positiva débil, por lo que permanece atraído por los átomos que aún tienen una carga negativa. Por esta razón, el enlace de hidrógeno no ocurre en moléculas con enlaces covalentes no polares. Cualquier compuesto con enlaces covalentes polares tiene el potencial de formar enlaces de hidrógeno.

Los enlaces de hidrógeno se pueden formar dentro de una molécula o entre átomos en diferentes moléculas. Aunque no se requiere una molécula orgánica para la unión de hidrógeno, el fenómeno es extremadamente importante en los sistemas biológicos. Los ejemplos de enlaces de hidrógeno incluyen:

• entre dos moléculas de agua
• sosteniendo dos cadenas de ADN juntas para formar una doble hélice
• polímeros de refuerzo (p. ej., unidad repetitiva que ayuda a cristalizar el nylon)
• formando estructuras secundarias en proteínas, como la hélice alfa y la lámina plisada beta
• entre fibras en la tela, lo que puede resultar en formación de arrugas
• entre un antígeno y un anticuerpo
• entre una enzima y un sustrato
• unión de factores de transcripción al ADN

Los enlaces de hidrógeno representan algunas cualidades importantes del agua. Aunque un enlace de hidrógeno es solo un 5% tan fuerte como un enlace covalente, es suficiente para estabilizar las moléculas de agua.

• La unión de hidrógeno hace que el agua permanezca líquida en un amplio rango de temperatura.
• Debido a que se necesita energía adicional para romper los enlaces de hidrógeno, el agua tiene un calor de vaporización inusualmente alto. El agua tiene un punto de ebullición mucho más alto que otros hidruros.

Hay muchas consecuencias importantes de los efectos del enlace de hidrógeno entre las moléculas de agua:

• La unión de hidrógeno hace que el hielo sea menos denso que el agua líquida, por lo que hielo flota en el agua.
• El efecto del enlace de hidrógeno en calor de vaporización Ayuda a que la transpiración sea un medio eficaz para bajar la temperatura de los animales.
• El efecto sobre la capacidad de calor significa que el agua protege contra cambios extremos de temperatura cerca de grandes cuerpos de agua o ambientes húmedos. El agua ayuda a regular la temperatura a escala global.

El enlace de hidrógeno es más significativo entre el hidrógeno y los átomos altamente electronegativos. La longitud del enlace químico depende de su resistencia, presión y temperatura. El ángulo de enlace depende de las especies químicas específicas involucradas en el enlace. La fuerza de los enlaces de hidrógeno varía de muy débil (1–2 kJ mol − 1) a muy fuerte (161.5 kJ mol − 1). Algun ejemplo entalpías en vapor son:

F − H…: F (161.5 kJ / mol o 38.6 kcal / mol)
O − H…: N (29 kJ / mol o 6.9 kcal / mol)
O − H…: O (21 kJ / mol o 5.0 kcal / mol)
N − H…: N (13 kJ / mol o 3.1 kcal / mol)
N − H…: O (8 kJ / mol o 1.9 kcal / mol)
HO − H...: OH₃⁺ (18 kJ / mol o 4.3 kcal / mol)

_Referencias

_{Larson, J. W.; McMahon, T. SI. (1984). "Iones de bihaluro y pseudobihaluro en fase gaseosa. Una determinación de resonancia de ciclotrón iónico de energías de enlace de hidrógeno en especies XHY (X, Y = F, Cl, Br, CN) ". Química inorgánica 23 (14): 2029-2033.}

_{Emsley, J. (1980). "Bonos de hidrógeno muy fuertes". Chemical Society Reviews 9 (1): 91–124.
Omer Markovitch y Noam Agmon (2007). "Estructura y energía de las conchas de hidratación hidronio". J. Phys. Chem A 111 (12): 2253–2256.}