Un legame idrogeno è un legame relativamente debole che gli atomi di idrogeno formano con gli atomi elettronegativi azoto, ossigeno o fluoro. I legami idrogeno sono più deboli dei legami ionici, covalenti e metallici, ma sono ancora leggermente forti di per sé, con un’energia tipicamente compresa tra 5 e 30 kJ/mole. Al contrario, i legami covalenti deboli hanno un’energia di circa 155 kJ/mol. Il legame a idrogeno può essere un legame intermolecolare (tra molecole) o intramolecolare (tra diverse parti di una molecola). Questo tipo di legame può verificarsi sia in molecole organiche, come il DNA, sia in molecole inorganiche, come l’acqua. Il legame idrogeno è parzialmente responsabile della complessa struttura secondaria e terziaria delle proteine.
L’esempio più onnipresente e più semplice di legame idrogeno è nell’acqua, dove ogni molecola d’acqua è legata a quattro molecole d’acqua adiacenti attraverso il legame idrogeno. L’atomo di ossigeno in ogni molecola d’acqua ha due elettroni solitari da offrire, che sono prontamente legati dagli atomi di idrogeno in altre molecole d’acqua. Inoltre, i due atomi di idrogeno attaccati a ogni ossigeno si legano alle molecole di ossigeno nelle molecole d’acqua adiacenti. Questo legame intermolecolare è responsabile del punto di ebollizione relativamente alto dell’acqua. L’acqua ha un punto di ebollizione estremamente elevato rispetto a materiali costituiti da molecole di dimensioni simili. Se questi legami non esistessero, l’acqua bollirebbe a una temperatura simile all’anidride carbonica (che bolle a -78 ° C o -108.4 ° F) e la vita come sappiamo sarebbe impossibile.
Un legame idrogeno è costituito da un accettore di legame idrogeno, l’atomo bersaglio, e un donatore di legame idrogeno, l’atomo di idrogeno stesso. A volte, in molecole come il cloroformio (CHCl3), il carbonio può essere coinvolto nel legame idrogeno, specialmente se circondato da atomi elettronegativi come il cloro. Un legame idrogeno è insolito e spesso chiamato interazione elettrostatica dipolo-dipolo (una debole interazione intermolecolare), raggruppandolo con legami più transitori causati da fluttuazioni quantistiche momentanee nella carica elettrica, ma ha anche molte caratteristiche dei legami covalenti molto più forti, dove le nuvole di elettroni in realtà si sovrappongono direttamente. Queste caratteristiche includono la direzionalità, la forza, le distanze interatomiche di produzione più brevi di quelle tipiche nelle interazioni transitorie di van der Waals e un numero limitato di partner di interazione, che è diagnostico di legami più forti.
La lunghezza dei legami idrogeno varia a seconda della forza del legame, della temperatura e della pressione. La forza di adesione dipende anche da una serie di fattori, tra cui la temperatura, l’angolo di adesione, la pressione e l’ambiente. In acqua, la lunghezza tipica di un legame idrogeno è 1.97 (197 pm).