قدرت پیوند هیدروژنی

پیوند هیدروژنی که نوعی برهم کنش دوقطبی-دوقطبی قوی است از جمله مهم ترین برهم کنش های بین مولکولی به شمار می آید. پیوند هیدروژنی را می توان نیروی جاذبه ی الکترواستاتیک دانست که میان اتم هیدروژن متصل به یک اتم الکترونگاتیو و اتم الکترونگاتیو دیگری که در مجاورت آن یا در مولکول دیگری قرار دارد برقرار می شود. اگر دو اتم الکترونگاتیو D و A به نامیم در این صورت پیوند هیدروژنی را می توان به صورت A...H-D نشان داد. A کوتاه شده ی واژه ی acceptor به معنای پذیرنده است. Aنشان دهنده ی اتم الکترونگانیوی است که یک یا شمار بیش تری جفت الکترون ناپیوندی دارد و در واقع چگالی الکترونی روی آن بسیار زیاد است. به همین دلیل به A اتم پذیرنده ی پیوند هیدورژنی می گویند. D کوتاه شده ی واژه ی donor به معنای دهنده است. در واقع D اتم الکترو نگاتیوی است که به اتم هیدروژن متصل است و به دلیل تمایل زیاد برای کشیدن جفت الکترون پیوندی به سمت خود، باعث کاهش شدید چگالی الکترونی روی اتم هیدروژن شده است. هنگامی که این اتم هیدروژن(با بار الکتریکی نسبی مثبت) در مجاورت اتم پر الکترون A قرار می گیرد بین آن ها نیروی جاذبه ای قدرت مندی برقرار می شود که به آن پیوند هیدروژنی می گویند. برطبق قانون کولن هر چه مقدار بار الکتریکی دو ذره بیش تر باشد نیروی بین آن ها نیز قوی تر است بنابراین انتظار می رود که هر چه الکترونگاتیوی اتم های D و A بیش تر باشد پیوند هیدروژنی حاصل قوی تر است.(چرا؟) البته اتم های D و A می توانند یکسان یا متفاوت باشند. D و A می توانند اتم های اکسیژن، نیتروژن و فلوئور باشند اگرچه در مواردی اتم کلر یا بندرت اتم گوگرد نیز تمایلی برای ایفای نقش اتم A از خود نشان داده اند.
اما ویژگی مهم پیوند هیدروژنی تابع جهت بودن استحکام آن است. مشاهد های تجربی نشان می دهد که قوی ترین پیوند هیدروژنی بر هم کنشی است که در آن هر سه اتم درگیر یعنی D، H و A در یک راستا قرار بگیرند. به سخن دیگر زاویه ای که این سه اتم(A...H-D) با هم می سازند 180 درجه باشد. کاهش این زاویه سبب کاهش استحکام پیوند هیدروژنی می شود. کم ترین استحکام هنگامی است که این زاویه 90 درجه باشد. درک علت ایجاد این ویژگی به اطلاعاتی در باره ی نظریه ی اوربیتال مولکولی نیاز دارد که بیان آن در سطح مطالب این پایگاه نیست.
گفتنی است دو زنجیره ی مولکول DNA با چنین پیوند هیدروژنی محکمی به یک دیگر متصل شده اند و علت اصلی افزایش حجم آب بر اثر انجماد تلاش مولکول های آن برای یافتن راستایی مناسب است که در آن هر سه اتم (O...H-O) در خط راست قرار گیرد