Что такое водородная связь и где она встречается?

Водородная связь — особый вид межмолекулярного взаимодействия между атомом водорода, связанным с сильно электроотрицательным атомом (F, O, N), и неподелённой электронной парой другого электроотрицательного атома.

Обозначение: $\mathrm{O-H \cdots O}$ — пунктир для H-связи.

Энергия H-связи 8–40 кДж/моль (в 10 раз слабее ковалентной 200–400 кДж/моль, но в 10 раз сильнее обычного диполь-диполя).

В воде: каждая молекула H₂O образует 4 H-связи: 2 как донор H, 2 как акцептор (через неподелённые пары O). Возникает трёхмерная сеть.

Следствия для воды:

• аномально высокая t°кип 100 °C (для сравнения, H₂S кипит при −60 °C, хотя M больше);
• высокая теплота испарения 2260 кДж/кг;
• максимальная плотность при 4 °C (лёд легче воды);
• высокая теплоёмкость → стабилизация климата;
• хороший растворитель полярных веществ.

Другие примеры:

• $\mathrm{NH_3}$, $\mathrm{HF}$ — тоже имеют H-связи (HF — самая сильная: до 40 кДж/моль);
• спирты $\mathrm{R-OH}$ — димеры и кластеры;
• карбоновые кислоты — димеры в парах;
• белки — α-спирали и β-структуры держатся на H-связях $\mathrm{C=O \cdots H-N}$;
• ДНК — двойная спираль, комплементарные пары оснований A=T (2 H-связи) и G≡C (3 H-связи).