Legame a idrogeno

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

La chimica del legame idrogeno[modifica | modifica wikitesto]

Il legame idrogeno o a ponte di 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.

L'attrazione i dipoli è massima quando gli atomi coinvolti (in questo caso O, H e O) sono disposti in linea retta sullo stesso piano.

Un'importante osservazione è che esso è un legame su base elettrostatica ma altamente direzionale: ad esempio nell'acqua l'atomo di ossigeno, l'idrogeno, il doppietto elettronico e l'altro ossigeno di un'altra molecola d'acqua debbono essere allineati lungo lo stesso asse per avere un legame massimamente forte, altrimenti daranno luogo a un legame di forza inferiore. Ciò può risultare di cruciale importaza nel DNA, in cui vi sono moltissimi legami idrogeno tra gli acidi nucleici, o nel ripiegamento di proteine dove la diversa intensità di queste interazioni dà forma a una precisa conformazione della proteina, quella in grado di renderla funzionale.

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.

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