Hydroxyl ist die Verbindung zweier Atome, eines Wasserstoff- und eines Sauerstoffatoms, die durch kovalente Bindung als eine einzige Einheit wirken. Es kann entweder als neutraler Teil eines größeren Moleküls existieren oder lockerer in ionischer Form gehalten werden, wobei es ein zusätzliches Elektron trägt, das sich an seinem Sauerstoff befindet. Beide Arten von Hydroxyl sind ziemlich reaktiv und für den Chemiker nützlich. Hydroxyl ist absolut lebensnotwendig.
Alkalimetallionen, die Natrium oder Kalium enthalten, bilden starke chemische Basen, wenn sie an Hydroxylionen gebunden werden. Einige Beispiele hierfür sind Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid. Die Namensänderung in Hydroxid spiegelt die Tatsache wider, dass der Sauerstoff beim Auflösen in Wasser das oben erwähnte zusätzliche Elektron trägt.
Hydroxide neutralisieren Säuren, um Verbindungen zu bilden, die als Salze bezeichnet werden. Außerdem wird ein Wassermolekül gebildet. So reagiert Natriumhydroxid mit Salzsäure, um gewöhnliches Kochsalz plus Wasser zu bilden.
In der organischen Chemie ist die Hydroxylgruppe Teil der Strukturen von Alkoholen, Zuckern und Phenolen. Wie bei anorganischen Säure-Base-Reaktionen verleiht Hydroxyl den organischen Verbindungen ein gewisses Maß an Reaktivität und ermöglicht eine chemische Veränderung. Zwei Moleküle Ethanol, der in Wein und Bier enthaltene Alkohol, verbinden sich durch Dehydration zu einem Molekül Ether, das bei chirurgischen Eingriffen des 19. Jahrhunderts verwendet wurde. Organische Verbindungen mit zwei Hydroxylgruppen pro Molekül reagieren mit solchen mit zwei Säuregruppen zu Polyesterresten, die in Flaschen, Reifen, Kleidung und Textilien verwendet werden.
Eine ganz besondere Fähigkeit der Hydroxylgruppe ist ihre Fähigkeit, neben ihrer kovalenten Bindung mit Sauerstoff und ihrer Bindung an andere Atome über Sauerstoff auch schwache Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden. In Wasser bilden sich diese Wasserstoffbrücken zwischen dem Wasserstoffatom und anderen nahegelegenen Atomen. Auch das Sauerstoffatom ist beteiligt. Ein Kristall eines löslichen Feststoffs wie Silbernitrat löst sich, wenn er in reines Wasser gegeben wird, teilweise schnell auf, weil die Wasserstoffatome an den äußersten Nitrationen und die Sauerstoffatome an den Silberionen ziehen.
In keinem Bereich ist Hydroxyl wichtiger als das von lebenden Organismen. Wasserstoffbrücken beeinflussen den Abstand und die Konfiguration der umgebenden Moleküle. Wenn es zu Eis wird, nimmt Wasser eine weniger dichte Struktur an als flüssiges Wasser. Das bedeutet, dass Eis leichter als Wasser ist und daher auf dem Wasser schwimmt.
Wenn gefrorenes Wasser dichter wäre als seine flüssige Form, wie dies bei den meisten Substanzen der Fall ist, würde es gefrieren und sinken und nie wieder die Sonnenstrahlen zum Auftauen empfangen. Die über dem Eis verbliebene Flüssigkeit würde den Vorgang wiederholen. Schließlich würden viele Wasserbecken zu festem Eis werden.
Außerdem ist das anorganische Molekül Wasser lebenserhaltend. Wasser enthält von allen Verbindungen den höchsten Prozentsatz an Hydroxyl. Eine weitere lebensnotwendige Chemikalie ist die DNA, die manchmal als „der Faden des Lebens“ bezeichnet wird. Die DNA hat als Rückgrat ihrer Struktur lange Ketten, die von Hydroxyl-enthaltenden Zuckern und Hydroxyl-enthaltenden Phosphatgruppen abgeleitet sind.
Dies sind Zucker, und Phosphatgruppen sind durch Esterbindungen verbunden, die ebenfalls von Hydroxylgruppen stammen. Die DNA bestimmt und enthält die meisten erblichen Merkmale von Pflanzen und Tieren, einschließlich des Menschen. Somit ist ein Hydroxyl eine der wichtigsten Strukturen, die im Labor und in der Natur gefunden werden.