Eine Wasserstoffbrücke ist eine relativ schwache Bindung, die Wasserstoffatome mit den elektronegativen Atomen Stickstoff, Sauerstoff oder Fluor eingehen. Wasserstoffbrückenbindungen sind schwächer als ionische, kovalente und metallische Bindungen, aber für sich genommen immer noch schwach stark, mit einer Energie typischerweise zwischen 5 und 30 kJ/Mol. Im Gegensatz dazu haben schwache kovalente Bindungen eine Energie von etwa 155 kJ/mol. Wasserstoffbrückenbindungen können entweder eine intermolekulare (zwischen Molekülen) oder intramolekulare (zwischen verschiedenen Teilen eines Moleküls) Bindung sein. Diese Bindungsart kann sowohl in organischen Molekülen wie DNA als auch in anorganischen Molekülen wie Wasser vorkommen. Wasserstoffbrückenbindungen sind mitverantwortlich für die komplexe Sekundär- und Tertiärstruktur von Proteinen.
Das allgegenwärtigste und einfachste Beispiel für Wasserstoffbrückenbindungen ist in Wasser, wo jedes Wassermolekül durch Wasserstoffbrückenbindungen an vier benachbarte Wassermoleküle gebunden ist. Das Sauerstoffatom in jedem Wassermolekül hat zwei einsame Elektronen zu bieten, an die sich sofort Wasserstoffatome in anderen Wassermolekülen binden. Darüber hinaus binden die beiden Wasserstoffatome, die an jeden Sauerstoff gebunden sind, an die Sauerstoffmoleküle in benachbarten Wassermolekülen. Diese intermolekulare Bindung ist für den relativ hohen Siedepunkt von Wasser verantwortlich. Wasser hat einen extrem hohen Siedepunkt im Vergleich zu Materialien, die aus Molekülen ähnlicher Größe bestehen. Wenn diese Bindungen nicht existieren würden, würde Wasser bei einer Temperatur ähnlich der von Kohlendioxid (das bei -78 °C oder -108.4 °F siedet) kochen und Leben, wie wir es kennen, wäre unmöglich.
Eine Wasserstoffbrücke besteht aus einem Wasserstoffbrückenakzeptor, dem Zielatom, und einem Wasserstoffbrückendonor, dem Wasserstoffatom selbst. Manchmal kann Kohlenstoff in Molekülen wie Chloroform (CHCl3) an Wasserstoffbrückenbindungen beteiligt sein, insbesondere wenn er von elektronegativen Atomen wie Chlor umgeben ist. Eine Wasserstoffbrücke ist ungewöhnlich und wird oft als elektrostatische Dipol-Dipol-Wechselwirkung (eine schwache intermolekulare Wechselwirkung) bezeichnet, die sie mit vorübergehenderen Bindungen zusammenfasst, die durch momentane Quantenfluktuationen der elektrischen Ladung verursacht werden, aber sie hat auch viele Eigenschaften der viel stärkeren kovalenten Bindungen. wo sich Elektronenwolken tatsächlich direkt überlappen. Zu diesen Eigenschaften gehören Direktionalität, Stärke, die interatomaren Abstände der Produktion, die kürzer sind als diejenigen, die bei transienten Van-der-Waals-Wechselwirkungen typisch sind, und eine begrenzte Anzahl von Wechselwirkungspartnern, was für stärkere Bindungen spricht.
Die Länge der Wasserstoffbrückenbindungen variiert je nach Bindungsstärke, Temperatur und Druck. Die Bindungsstärke hängt auch von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich Temperatur, Bindungswinkel, Druck und Umgebung. In Wasser beträgt die typische Länge einer Wasserstoffbrücke 1.97 Å (197 pm).