Objetivos de aprendizaje

  • Definir enlace de hidrógeno.
  • Describir estructuras moleculares que participarán en la formación de enlaces de hidrógeno.

¿Cuál es la diferencia entre estas dos moléculas?

Una regla general es que los materiales de mayor peso molecular tienen puntos de ebullición más altos que sus homólogos de menor peso molecular. Se necesita más energía para pasar la molécula más grande del estado líquido al estado de vapor. Sin embargo, el amoníaco tiene un punto de ebullición de -33,34°C y un peso molecular de 17, mientras que el nitrógeno (peso molecular 28) tiene un punto de ebullición de -195,8°C. La molécula de amoníaco, más ligera, debe tener otros factores que influyen en sus propiedades físicas.

Enlace de hidrógeno

La fuerza de atracción entre las moléculas de agua es una interacción dipolar. Los átomos de hidrógeno están unidos al átomo de oxígeno altamente electronegativo (que también posee dos pares solitarios de electrones, lo que hace que el enlace sea muy polar. El átomo de hidrógeno parcialmente positivo de una molécula es atraído por el átomo de oxígeno de una molécula de agua cercana (véase la figura siguiente).

Figura 1. Un enlace de hidrógeno en el agua se produce entre el átomo de hidrógeno de una molécula de agua y el par de electrones solitario de un átomo de oxígeno de una molécula de agua vecina.

Un enlace de hidrógeno es una fuerza de atracción intermolecular en la que un átomo de hidrógeno que está unido covalentemente a un átomo pequeño y altamente electronegativo es atraído por un par de electrones solitario de un átomo de una molécula vecina. Los enlaces de hidrógeno son muy fuertes en comparación con otras interacciones dipolares. La fuerza de un enlace de hidrógeno típico es aproximadamente el 5% de la de un enlace covalente.

El enlace de hidrógeno sólo se produce en moléculas en las que el hidrógeno está unido covalentemente a uno de los tres elementos: flúor, oxígeno o nitrógeno. Estos tres elementos son tan electronegativos que retiran la mayor parte de la densidad de electrones en el enlace covalente con el hidrógeno, dejando al átomo de H muy carente de electrones. El átomo de H actúa casi como un protón desnudo, dejándolo muy atraído por los electrones del par solitario en un átomo cercano.

El enlace de hidrógeno que se produce en el agua conduce a algunas propiedades inusuales, pero muy importantes. La mayoría de los compuestos moleculares que tienen una masa similar a la del agua son gases a temperatura ambiente. Debido a los fuertes enlaces de hidrógeno, las moléculas de agua son capaces de permanecer condensadas en estado líquido. La figura siguiente muestra cómo la forma curvada y los dos átomos de hidrógeno por molécula permiten que cada molécula de agua pueda establecer enlaces de hidrógeno con otras dos moléculas.

Figura 2. En el agua se producen simultáneamente múltiples enlaces de hidrógeno debido a su forma curvada y a la presencia de dos átomos de hidrógeno por molécula.

En el estado líquido, los enlaces de hidrógeno del agua pueden romperse y reformarse a medida que las moléculas fluyen de un lugar a otro. Cuando el agua se enfría, las moléculas comienzan a disminuir su velocidad. Finalmente, cuando el agua se congela hasta convertirse en hielo, los enlaces de hidrógeno se vuelven permanentes y forman una red muy específica.

Figura 3. Cuando el agua se congela en hielo, la red de enlaces de hidrógeno se vuelve permanente. Cada átomo de oxígeno tiene una geometría aproximadamente tetraédrica: dos enlaces covalentes y dos enlaces de hidrógeno.

La forma doblada de las moléculas da lugar a huecos en la red de enlaces de hidrógeno del hielo. El hielo tiene la inusual propiedad de que su estado sólido es menos denso que su estado líquido. El hielo flota en el agua líquida. Prácticamente todas las demás sustancias son más densas en estado sólido que en estado líquido. Los enlaces de hidrógeno desempeñan un papel biológico muy importante en las estructuras físicas de las proteínas y los ácidos nucleicos.

Resumen

  • Los enlaces de hidrógeno se forman cuando un H unido a un átomo de N, O o F interactúa con otro átomo de N, O o F.

Práctica

Usa el siguiente enlace para responder a las siguientes preguntas:

http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/161Ahydrogenbond.html

  1. ¿Cuáles son las características del N y del O que hacen que formen enlaces H con el H?
  2. ¿Todos los átomos de H forman enlaces H?
  3. ¿Cuál es la longitud de un enlace H en comparación con la longitud de un enlace covalente?

Revisión

  1. ¿Qué fuerza tiene un enlace de hidrógeno?
  2. ¿Qué ocurre cuando el H se une covalentemente al N, al O o al F?
  3. ¿Cómo afecta la forma de la molécula de agua a sus propiedades?

Glosario

  • Enlace de hidrógeno: Fuerza de atracción intermolecular en la que un átomo de hidrógeno unido covalentemente a un átomo pequeño y muy electronegativo es atraído por un par solitario de electrones en un átomo de una molécula vecina.