Il legame idrogeno è una pietra angolare della chimica, alla base del comportamento di innumerevoli sostanze, in particolare dell’acqua. Comprendere il motivo per cui si formano questi legami è essenziale per una comprensione più profonda delle forze intermolecolari e del comportamento chimico.
Il legame idrogeno si forma quando gli atomi elettronegativi (O, N, F) allontanano gli elettroni condivisi dall'idrogeno, creando dipoli permanenti che si attraggono a vicenda attraverso le molecole.
Quando due atomi condividono gli elettroni, la distribuzione della densità elettronica dipende dalla loro elettronegatività. Elettronegatività identiche danno una quota uguale, ma quando un atomo è più elettronegativo, gli elettroni condivisi si raggruppano più vicini ad esso. Questo squilibrio conferisce all'atomo più elettronegativo una leggera carica negativa e all'atomo meno elettronegativo una leggera carica positiva, risultando in un momento dipolare permanente:una molecola polare.
Le molecole polari possiedono sia un lato idrogeno caricato positivamente che un lato eteroatomo caricato negativamente. Quando l’idrogeno di una molecola si avvicina all’atomo elettronegativo di un’altra, si verifica un’interazione attrattiva intermolecolare:il legame idrogeno. Sebbene siano più deboli dei legami covalenti (circa un decimo della forza), questi legami sono fondamentali nel determinare le proprietà fisiche di liquidi e solidi.
Acqua (H2 O) esemplifica magnificamente il legame idrogeno. La maggiore elettronegatività dell’ossigeno attira la densità elettronica verso se stessa, lasciando gli atomi di idrogeno parzialmente positivi. Ogni molecola d'acqua può donare due legami idrogeno (tramite i suoi due atomi di idrogeno) e accettarne due (tramite le sue due coppie solitarie sull'ossigeno). Questa vasta rete aumenta il punto di ebollizione dell'acqua al di sopra di quello di molecole simili come l'ammoniaca e spiega la minore densità del ghiaccio dovuta a un reticolo aperto, legato a idrogeno.
