El enlace de hidrógeno o enlace de hidrógeno es una fuerza intermolecular o intramolecular que involucra un átomo de hidrógeno y un átomo electronegativo como el oxígeno , el nitrógeno y el flúor . La intensidad de un enlace de hidrógeno es intermedia entre la de un enlace covalente y la de las fuerzas de van der Waals . (En general, los enlaces de hidrógeno son más fuertes que las interacciones de van der Waals)
Originalmente se pensó que el electrón del átomo de hidrógeno se compartía entre las moléculas unidas y, por lo tanto, este enlace de hidrógeno era cuasi-covalente. Ahora sabemos que es 90% electrostático. Para que se establezca este enlace, es necesario estar en presencia de un donante y un aceptor de enlaces de hidrógeno:
Cuando se establece un enlace de hidrógeno, los dos heteroátomos se encuentran a una distancia de aproximadamente 0,25 nm .
El enlace se debe a la polaridad de ciertas moléculas (que contienen un átomo de hidrógeno y al menos otro átomo más electronegativo ). Si tomamos el ejemplo de una molécula de agua , siendo el átomo de oxígeno más electronegativo que los dos átomos de hidrógeno, éste atraerá más los electrones comprometidos en los enlaces covalentes hacia ella que los átomos de hidrógeno a su lado. Esto significa que el átomo de oxígeno tendrá dos cargas negativas parciales, mientras que cada átomo de hidrógeno tendrá una carga positiva parcial. Luego, la molécula se polariza debido a esta diferencia de carga, porque los baricentros de sus cargas parciales no se confunden (en cuyo caso sería apolar).
Este fenómeno hace que los polos positivos (átomos de hidrógeno) sean atraídos por entidades de carga negativa (anión, polo negativo, etc. ), y el polo negativo (oxígeno) será atraído por entidades de carga positiva (catión, polo positivo de otro molécula polarizada, etc. ). Por tanto, la molécula de agua puede formar cuatro enlaces de hidrógeno que le confieren muchas de sus propiedades especiales.
Por tanto, los enlaces de hidrógeno existen debido a las diferencias de electronegatividad entre los diferentes átomos que forman las moléculas.
A continuación, se establece el enlace de hidrógeno entre todas las moléculas que presentan las características mencionadas anteriormente; se considera, por ejemplo, el caso de un ácido carboxílico (R-COOH).
Se observa que todas las moléculas están vinculadas entre sí al nivel de la función alcohol. El radical alquilo "R" tendrá entonces una influencia no insignificante sobre la fuerza de este enlace. De hecho, la longitud de la cadena y su composición polarizarán el enlace entre el hidrógeno y el oxígeno en mayor o menor medida. Si el enlace H (como se le llama más comúnmente) se debilita, también lo hará la cohesión intermolecular y la temperatura de ebullición de la sustancia en cuestión será menor. En otras palabras, se necesitará menos energía (a través del calor) para separar las moléculas entre sí. Por el contrario, para el agua (H 2 O), amoniaco (NH 3 acuoso) o fluoruro de hidrógeno (HF), el enlace XH está tan polarizado que los enlaces H que se forman dan a las sustancias puntos de ebullición anormalmente altos.
Otra ilustración puede ser la del agua sólida (hielo). Esto se debe a que la molécula de agua es el ejemplo típico del enlace H. Los enlaces H se establecen, por lo que el estado líquido del agua es el estado más compacto, mientras que para la mayoría de las otras sustancias puras es el estado sólido. En el hielo, el agua tiene la misma estructura tetraédrica (estructura hecha posible por estos enlaces) que en el agua líquida, pero ocupa un volumen mayor. Esta es la razón por la que el hielo ocupa más volumen que el agua, en cantidades iguales (el cubo de hielo flota sobre el agua) y también es la razón por la que el hielo se derrite más rápido de lo que el agua se solidifica.
Finalmente, y aunque la lista no puede ser exhaustiva ya que el campo de aplicación de este enlace es amplio, mencionaremos el caso de los polímeros, como la poli-parafenilen tereftalamida (más conocida con el nombre de Kevlar). Las cadenas de polímero están unidas entre sí por enlaces H, lo que le confiere sus muy interesantes propiedades de resistencia. Para obtener más información, consulte Kevlar .
En general existen tres tipos de enlaces de hidrógeno (covalentes sabiendo que los dobletes están entre 100 y 500 kJ · mol -1 ):
Un ejemplo de enlace muy fuerte es FH - F - en KHF 2 con aproximadamente 212 kJ mol −1 . Podemos pensar que en este caso es mejor escribir F - M - F. La distancia total entre F - H - F es de solo 2,49 Å y se forma un ángulo de 120 ° entre las diferentes moléculas.
Tres características principales definen los enlaces de hidrógeno, así como su interactividad: