Legami a idrogeno | Introduzione alla chimica

Obiettivo di apprendimento

Descrivere le proprietà del legame a idrogeno.

Punti chiave

I legami a idrogeno sono forti forze intermolecolari create quando un atomo di idrogeno legato a un atomo elettronegativo si avvicina a un atomo elettronegativo vicino.
Una maggiore elettronegatività dell’accettore del legame a idrogeno porterà a un aumento della forza del legame a idrogeno.
Il legame a idrogeno è una delle attrazioni intermolecolari più forti, ma più debole di un legame covalente o ionico.
I legami a idrogeno sono responsabili di tenere insieme DNA, proteine e altre macromolecole.

Termini

L’attrazione tra un atomo di idrogeno parzialmente carico positivamente attaccato ad un atomo altamente elettronegativo (come azoto, ossigeno o fluoro) e un altro atomo elettronegativo vicino.
elettronegativitàLa tendenza di un atomo o molecola ad attirare elettroni verso di sé, formare dipoli e quindi formare legami.
intermolecolareUn tipo di interazione tra due molecole diverse.

Formazione di un legame a idrogeno

Un legame a idrogeno è l’attrazione elettromagnetica creata tra un atomo di idrogeno parzialmente carico positivamente attaccato a un atomo altamente elettronegativo e un altro atomo elettronegativo vicino. Un legame a idrogeno è un tipo di interazione dipolo-dipolo; non è un vero legame chimico. Queste attrazioni possono verificarsi tra le molecole (intermolecolarmente) o all’interno di diverse parti di una singola molecola (intramolecolarmente).

Il legame a idrogeno nell’acquaQuesto è un diagramma a sfera che riempie lo spazio delle interazioni tra molecole d’acqua separate.

Donatore di legame a idrogeno

Un atomo di idrogeno attaccato a un atomo relativamente elettronegativo è un donatore di legame a idrogeno. Questo atomo elettronegativo è solitamente fluoro, ossigeno o azoto. L’atomo elettronegativo attira la nuvola di elettroni intorno al nucleo di idrogeno e, decentrando la nuvola, lascia l’atomo di idrogeno con una carica parziale positiva. A causa delle piccole dimensioni dell’idrogeno rispetto ad altri atomi e molecole, la carica risultante, anche se solo parziale, è più forte. Nella molecola di etanolo, c’è un atomo di idrogeno legato ad un atomo di ossigeno, che è molto elettronegativo. Questo atomo di idrogeno è un donatore di legame a idrogeno.

Accettore di legame a idrogeno

Un legame a idrogeno risulta quando questa forte carica positiva parziale attrae una coppia solitaria di elettroni su un altro atomo, che diventa l’accettore di legame a idrogeno. Un atomo elettronegativo come il fluoro, l’ossigeno o l’azoto è un accettore di legami a idrogeno, indipendentemente dal fatto che sia legato a un atomo di idrogeno o meno. Una maggiore elettronegatività dell’accettore del legame a idrogeno creerà un legame a idrogeno più forte. La molecola di etere dietilico contiene un atomo di ossigeno che non è legato ad un atomo di idrogeno, rendendolo un accettore di legame idrogeno.

Donatore e accettore di legame idrogenoL’etanolo contiene un atomo di idrogeno che è un donatore di legame idrogeno perché è legato ad un atomo di ossigeno elettronegativo, che è molto elettronegativo, quindi l’atomo di idrogeno è leggermente positivo. L’etere dietilico contiene un atomo di ossigeno che è un accettore di legami a idrogeno perché non è legato a un atomo di idrogeno e quindi è leggermente negativo.

Un idrogeno legato al carbonio può anche partecipare al legame a idrogeno quando l’atomo di carbonio è legato ad atomi elettronegativi, come nel caso del cloroformio (CHCl3). Come in una molecola in cui l’idrogeno è legato all’azoto, all’ossigeno o al fluoro, l’atomo elettronegativo attira la nuvola di elettroni dall’intorno del nucleo dell’idrogeno e, decentrando la nuvola, lascia l’atomo di idrogeno con una carica parziale positiva.

Interattivo: Legami a idrogenoEsplora i legami a idrogeno che si formano tra molecole polari, come l’acqua. I legami a idrogeno sono mostrati con linee tratteggiate. Mostra le cariche parziali ed esegui il modello. Dove si formano i legami a idrogeno? Prova a cambiare la temperatura del modello. Come spiega il modello del legame a idrogeno il reticolo che compone i cristalli di ghiaccio?

Applicazioni dei legami a idrogeno

I legami a idrogeno si verificano in molecole inorganiche, come l’acqua, e in molecole organiche, come il DNA e le proteine. I due filamenti complementari del DNA sono tenuti insieme da legami a idrogeno tra nucleotidi complementari (A&T, C&G). I legami a idrogeno nell’acqua contribuiscono alle sue proprietà uniche, compreso il suo alto punto di ebollizione (100 °C) e la tensione superficiale.

Gocce d’acqua su una fogliaI legami a idrogeno formati tra le molecole d’acqua nelle gocce d’acqua sono più forti delle altre forze intermolecolari tra le molecole d’acqua e la foglia, contribuendo all’alta tensione superficiale e alle gocce d’acqua distinte.

In biologia, il legame idrogeno intramolecolare è in parte responsabile delle strutture secondarie, terziarie e quaternarie delle proteine e degli acidi nucleici. I legami a idrogeno aiutano le proteine e gli acidi nucleici a formare e mantenere forme specifiche.