Legame a idrogeno

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Rappresentazione del legame idrogeno che si instaura tra più molecole di acqua.

Il legame idrogeno o ponte idrogeno è un caso particolare di interazione fra dipoli.[1] In particolare si tratta di un legame dipolo permanente - dipolo permanente in cui è implicato un atomo di idrogeno coinvolto in un legame covalente con elementi molto elettronegativi (come fluoro, ossigeno, azoto),[1] i quali attraggono a sé gli elettroni di valenza, acquisendo una parziale carica negativa (\delta-) lasciando l'idrogeno con una parziale carica positiva (\delta+).[2]

Il legame a idrogeno si forma quando la parziale carica positiva dell'idrogeno viene in contatto con un doppietto elettronico di un elemento fortemente elettronegativo (fluoro, ossigeno o azoto), il quale lega l'H (che viene definito accettore, invece l'elemento dove è legato l'H viene definito donatore).

Ad esempio nel radicale idrossile OH e nell'anione idrossido OH- è presente una parziale carica negativa sull'O e una equivalente positiva sull'H, quindi tali composti si polarizzano parzialmente (dipolo permanente).
Se questo gruppo ne incontra un altro polare (ad esempio un gruppo carbonile), si crea una interazione elettrostatica.

La forza del legame idrogeno è variabile a seconda dei casi (comunque solitamente compresa fra 10-60 kJ/mol). A temperatura ambiente nell'acqua pura, dipende dalla permittività elettrica del mezzo; infatti, essendo un legame elettrostatico per esso vale la legge di Coulomb. Comunque è nettamente più debole del legame ionico e del legame covalente, ma è nettamente più forte delle forze di van der Waals. Un'importante osservazione è che esso è un legame su base elettrostatica ma altamente direzionale (per es. nell'acqua: ossigeno, idrogeno, doppietto elettronico, ossigeno debbono essere allineati lungo lo stesso asse per avere il legame). Questo è spiegato dalla teoria degli orbitali molecolari, che attribuisce all'atomo di idrogeno un orbitale di legame σ* vuoto dove si va parzialmente a depositare il doppietto elettronico del donatore.

Rappresentazione di una α-elica composta da residui di alanina; i bastoncelli fucsia rappresentano i legami a idrogeno

Il legame idrogeno è presente nell'acqua sia allo stato liquido che allo stato solido, ed è responsabile della sua relativamente alta temperatura di ebollizione (se paragonata per esempio all'H2S, che pur avendo peso molecolare maggiore è significativamente meno polare). In particolare, senza il contributo dei legami idrogeno, l'acqua bollirebbe a -100 °C.

Una caratteristica peculiare del legame idrogeno è quella di mantenere le molecole interessate più distanti fra loro rispetto agli altri tipi di legame: è per questo che il ghiaccio è meno denso dell'acqua (nell'acqua, infatti, le molecole scorrono l'una sull'altra mentre il ghiaccio assume una struttura cristallina dovuta proprio ai legami idrogeno)

Il legame idrogeno presente nelle proteine (principalmente nelle strutture secondarie: alfa elica e beta foglietto) e negli acidi nucleici è una delle forze che tiene uniti i due filamenti del DNA.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ a b (EN) IUPAC Gold Book, "hydrogen bond"
  2. ^ Rolla, p. 87

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

  • Luigi Rolla, Chimica e mineralogia. Per le Scuole superiori, 29ª ed., Dante Alighieri, 1987.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

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