Importanţa legăturilor de hidrogen

Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H şi numărul atomic 1. Este un gaz uşor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlneşte mai ales sub formă de moleculă diatomică, H2. Având masa atomică relativă egală cu 1,00794, hidrogenul este cel mai uşor element chimic. Etimologic, cuvântul hidrogen este o combinaţie a două cuvinte greceşti, având semnificaţia de „a face apă”.

Chiar dacă H2 nu este foarte reactiv în condiţii obişnuite, el formează compuşi cu majoritatea elementelor. Foarte importantă şi mult mai slabă decât legăturile covalentă şi ionică este legătura de hidrogen. Atunci când un atom de hidrogen vine în contact cu un atom de mici dimensiuni, puternic electronegativ, precum fluorul, oxigenul ori azotul - molecula rezultată are electronii atât de apropiaţi de atomul mai mare, încât nucleul de hidrogen - unicul proton al acestuia - este practic izolat într-un capăt al moleculei.

Astfel că acesta va forma legături cu partea negativă a oricărei alte molecule legată printr-o legătură covalentă polară. Acest tip de legătură se numeşte legătură de hidrogen.

Legătura de hidrogen se formează datorită particularităţilor pe care le prezintă protonul:

- este complet lipsit de înveliş electronic;

- are raza cea mai mică, ceea ce permite pătrunderea lui în învelişul electronic al atomilor;

- are sarcina specifică cea mai mare;

- puterea sa polarizantă este maximă.

Legătura de hidrogen este o formă de atracţie intermoleculară relativ puternică ce se manifestă datorită unor forţe de natură electrostatică. Această legătură este prezentă în combinaţii care conţin în moleculă atomi de hidrogen, legaţi covalent de atomi puternic electronegativi. În aceste condiţii, norul de electroni σ este atras mai puternic de elementul electronegativ. Hidrogenul, încărcat parţial pozitiv, exercită atracţie asupra unei perechi de electroni neparticipanţi de la un element electronegativ vecin, ceea ce conferă legăturii un caracter parţial ionic.

Examinarea numărului mare de compuşi cu legături de hidrogen duce la concluzia că acestea se pot grupa în:

- legături de hidrogen tari, în care protonul, legat tricentric, se găseşte la aceeaşi distanţă faţă de atomii pe care îi leagă;

- legături de hidrogen slabe, care au protonul aşezat asimetric faţă de atomii pe care îi leagă, asigurând o distanţă între aceştia mai mare decât a unei covalenţe normale.

Diferenţa de tărie între aceste tipuri de legături este un detaliu fundamental, care permite moleculei de ADN să se autoreplice. Legăturile care menţin laolaltă cele două părţi ale spiralei duble de ADN (A-urile cu T-urile, respectiv C-urile cu G-urile) sunt legături de hidrogen şi sunt foarte slabe prin comparaţie cu legăturile care unesc "literele" de "magistrala principală", dar şi faţă de legăturile care menţin spirala într-o bucată. Acest lucru

permite celor două părţi ale moleculei de ADN să se desprindă foarte uşor una de alta, o jumătate putând juca ulterior rolul de „şablon” în procesul de replicare.

După modul de realizare, legătura de hidrogen poate fi intermoleculară şi intramoleculară.

Legătura de hidrogen intermoleculară se realizează între molecule, conducând la formarea de asociaţii moleculare anorganice (acid fosforic, acid boric, hidroxid de aluminiu etc.) şi organice (alcool metilic, acid oxalic etc.). Importanţă biologică prezintă legăturile de hidrogen care se realizează între grupe hidroxil şi apă, între grupe carboxil şi apă, între două lanţuri peptidice sau între două perechi de baze complementare din structura ADN-ului.

Legătura de hidrogen intramoleculară poate exista în interiorul diferitelor părţi ale unei molecule. Acest tip de legătură conduce la formarea heterociclurilor, în cazul substanţelor care conţin în moleculă hidrogen şi un element ce poate genera legături de hidrogen, aflat în poziţii care să permită interacţiunea.

Legătura de hidrogen are un rol important în determinarea configuraţiei spaţiale adoptate de proteine şi acizi nucleici. În cazul acestor macromolecule legăturile care se realizează între anumite porţiuni ale aceleiaşi macromolecule determină o anumită configuraţie, care este responsabilă pentru rolul fiziologic sau biochimic al macromoleculelor respective. Prezenţa legăturilor de hidrogen completează explicaţiile legate de uşurinţa cu care se transformă proteinele şi acizii nucleici.

Hidrogenul tine moleculele de apa "legate", prevenind moleculele sa se separe sau sa se evapore la o temperatura joasa. Fara aceste legaturi, apa ar fierbe pe la -80 de grade Celsius, in loc de 100 de grade.