Une liaison hydrogène est une liaison relativement faible que les atomes d’hydrogène font avec les atomes électronégatifs d’azote, d’oxygène ou de fluor. Les liaisons hydrogène sont plus faibles que les liaisons ioniques, covalentes et métalliques, mais toujours légèrement fortes en elles-mêmes, avec une énergie généralement comprise entre 5 et 30 kJ/mole. En revanche, les liaisons covalentes faibles ont une énergie d’environ 155 kJ/mol. La liaison hydrogène peut être une liaison intermoléculaire (entre molécules) ou intramoléculaire (entre différentes parties d’une molécule). Ce type de liaison peut se produire à la fois dans les molécules organiques, telles que l’ADN, et les molécules inorganiques, telles que l’eau. La liaison hydrogène est en partie responsable de la structure secondaire et tertiaire complexe des protéines.
L’exemple le plus omniprésent et le plus simple de liaison hydrogène est dans l’eau, où chaque molécule d’eau est liée à quatre molécules d’eau adjacentes par liaison hydrogène. L’atome d’oxygène dans chaque molécule d’eau a deux électrons isolés à offrir, qui sont rapidement liés par des atomes d’hydrogène dans d’autres molécules d’eau. De plus, les deux atomes d’hydrogène attachés à chaque liaison d’oxygène aux molécules d’oxygène dans les molécules d’eau adjacentes. Cette liaison intermoléculaire est responsable du point d’ébullition relativement élevé de l’eau. L’eau a un point d’ébullition extrêmement élevé par rapport aux matériaux constitués de molécules de taille similaire. Si ces liaisons n’existaient pas, l’eau bouillirait à une température similaire à celle du dioxyde de carbone (qui bout à -78 °C ou -108.4 °F) et la vie telle que nous la connaissons serait impossible.
Une liaison hydrogène se compose d’un accepteur de liaison hydrogène, l’atome cible, et d’un donneur de liaison hydrogène, l’atome d’hydrogène lui-même. Parfois, dans des molécules telles que le chloroforme (CHCl3), le carbone peut être impliqué dans la liaison hydrogène, en particulier lorsqu’il est entouré d’atomes électronégatifs tels que le chlore. Une liaison hydrogène est inhabituelle et souvent appelée interaction électrostatique dipôle-dipôle (une interaction intermoléculaire faible), la regroupant avec des liaisons plus transitoires causées par des fluctuations quantiques momentanées de la charge électrique, mais elle présente également de nombreuses caractéristiques des liaisons covalentes beaucoup plus fortes, où les nuages d’électrons se chevauchent en fait directement. Ces caractéristiques comprennent la directionnalité, la force, les distances interatomiques de production plus courtes que celles typiques des interactions transitoires de van der Waals et un nombre limité de partenaires d’interaction, ce qui permet de diagnostiquer des liaisons plus fortes.
La longueur des liaisons hydrogène varie en fonction de la force de la liaison, de la température et de la pression. La force de liaison dépend également d’un certain nombre de facteurs, notamment la température, l’angle de liaison, la pression et l’environnement. Dans l’eau, la longueur typique d’une liaison hydrogène est de 1.97 Å (197 pm).