Le molecole polari che includono un atomo di idrogeno possono formare legami elettrostatici chiamati legami idrogeno. L'atomo di idrogeno è unico in quanto è costituito da un singolo elettrone attorno a un singolo protone. Quando l'elettrone viene attratto dagli altri atomi nella molecola, la carica positiva del protone esposto provoca una polarizzazione molecolare.

Questo meccanismo consente a tali molecole di formare forti legami idrogeno sopra e sopra i legami covalenti e ionici che sono la base della maggior parte dei composti. I legami idrogeno possono conferire proprietà speciali ai composti e possono rendere i materiali più stabili dei composti che non possono formare legami idrogeno.

TL; DR (troppo lungo; non letto)

Molecole polari che includere un atomo di idrogeno in un legame covalente ha una carica negativa su un'estremità della molecola e una carica positiva sull'estremità opposta. Il singolo elettrone dall'atomo di idrogeno migra verso l'altro atomo legato covalentemente, lasciando esposto il protone di idrogeno caricato positivamente. Il protone è attratto dall'estremità caricata negativamente di altre molecole, formando un legame elettrostatico con uno degli altri elettroni. Questo legame elettrostatico è chiamato legame idrogeno.
Come si formano le molecole polari

Nei legami covalenti, gli atomi condividono gli elettroni per formare un composto stabile. Nei legami covalenti non polari, gli elettroni sono condivisi equamente. Ad esempio, in un legame peptidico non polare, gli elettroni sono condivisi equamente tra l'atomo di carbonio del gruppo carbonile carbonio-ossigeno e l'atomo di azoto del gruppo azoto-idrogeno ammide.

Per le molecole polari, gli elettroni condivisi in un legame covalente tende a riunirsi su un lato della molecola mentre l'altro lato si carica positivamente. Gli elettroni migrano perché uno degli atomi ha una maggiore affinità per gli elettroni rispetto agli altri atomi nel legame covalente. Ad esempio, mentre il legame peptidico stesso non è polare, la struttura della proteina associata è dovuta ai legami idrogeno tra l'atomo di ossigeno del gruppo carbonilico e l'atomo di idrogeno del gruppo ammide.

Tipico legame covalente le configurazioni accoppiano atomi che hanno diversi elettroni nel loro guscio esterno con quelli che hanno bisogno dello stesso numero di elettroni per completare il loro guscio esterno. Gli atomi condividono gli elettroni extra dell'atomo precedente e ogni atomo ha un guscio di elettrone esterno completo qualche volta.

Spesso l'atomo che ha bisogno di elettroni extra per completare il suo guscio esterno attira gli elettroni più fortemente del atomo che fornisce gli elettroni extra. In questo caso, gli elettroni non sono condivisi uniformemente e trascorrono più tempo con l'atomo ricevente. Di conseguenza, l'atomo ricevente tende ad avere una carica negativa mentre l'atomo del donatore è caricato positivamente. Tali molecole sono polarizzate.
Come si formano i legami a idrogeno

Le molecole che includono un atomo di idrogeno legato in modo covalente sono spesso polarizzate perché il singolo elettrone dell'atomo di idrogeno è tenuto in modo relativamente libero. Migra facilmente verso l'altro atomo del legame covalente, lasciando da un lato il singolo protone dell'atomo di idrogeno caricato positivamente.

Quando l'atomo di idrogeno perde il suo elettrone, può formare un forte legame elettrostatico perché, a differenza altri atomi, non ha più elettroni che proteggono la carica positiva. Il protone è attratto dagli elettroni delle altre molecole e il legame risultante è chiamato legame idrogeno.
Legami idrogeno nell'acqua

Le molecole d'acqua, con formula chimica H _{2O, sono polarizzato e forma forti legami idrogeno. Il singolo atomo di ossigeno forma legami covalenti con i due atomi di idrogeno ma non condivide gli elettroni allo stesso modo. I due elettroni dell'idrogeno trascorrono la maggior parte del loro tempo con l'atomo di ossigeno, che viene caricato negativamente. I due atomi di idrogeno diventano protoni carichi positivamente e formano legami idrogeno con gli elettroni dagli atomi di ossigeno di altre molecole d'acqua.}

Poiché l'acqua forma questi legami extra tra le sue molecole, ha diverse proprietà insolite. L'acqua ha una tensione superficiale eccezionalmente forte, ha un punto di ebollizione insolitamente alto e richiede molta energia per passare dall'acqua liquida al vapore. Tali proprietà sono tipiche dei materiali per i quali le molecole polarizzate formano legami idrogeno.