H - o....H - o ....H - o....H - o....H - o....H - o....H - o....H - o....H - o....H - o

| | | | | | | | | |

H H H H H H H H H H

(H₂O)_n

Рис.5.14. Образование межмолекулярной водородной связи между молекулами воды.

Многие особые свойства неорганических и органических молекул, например димеризация жирных кислот, объясняются образованием водородных связей. Водородная связь - особенно важная структурная особенность белков и нуклеиновых кислот.
Ковалентные связи изображают короткими сплошными линиями, а водородные – более длинными пунктирными.
Ее образование обусловленно тем, что в результате сильного смещения общей электронной пары к электроотрицательному атому атом водорода, обладающий эффективным положительным зарядом, может взаимодействовать с другим электроотрицательным атомом (F, O, N, реже Cl, Br, S). Энергия такого электростатического взаимодействия составляет 20–100 кДж∙моль^–1. Водородная связь примерно в 15 – 20 раз слабее ковалентной. Водородные связи могут быть внутри- и межмолекулярными. Внутримолекулярная водородная связь образуется, если в этой молекуле имеются группы с донорной и акцепторной способностями, например, в ацетилацетоне (А) и, полученном из него реакцией с аммиаком

енаминокетоне (Б) (Рис.5.15.). Один атом водорода аминогруппы (NH₂) cвязан внутримолекулярной водородной связью с кислородом соседней карбонильной группы, а второй может быть связан межмолекулярной водородной связью с кислородом соседней молекулы ацетилацетона (Б) (Рис. 5.15.).

Рис.5.15. Образование внутримолекулярной и межмолекулярной водородной связи в ацетилацетоне (А) и енаминокетоне (B).

От величины межмолекулярной водородной связи зависит температура кипения вещества. Внутримолекулярная водородная связь не влияет на значение его температуры кипения.
Исключительно важную роль водородная связь играет в биологических макромолекулах, таких неорганических соединениях как H₂O, H₂F₂, NH₃. Так, фтористоводородная кислота (HF) является слабой кислотой в отличие от других галогенводородных кислот за счет водородной связи она димеризуется (H₂F₂) и может образовать кислые соли (NaHF₂). За счет водородных связей вода характеризуется столь высокими по сравнению с водородными соединениями других элементов (электронных аналогов) главной подгруппы шестой группы температурами плавления и кипения:

соединение	Н2Te	Н2Se	H2S	Н2О
Tкип.0С	-2	-42	-60

Если бы водородные связи отсутствовали, то вода плавилась бы при –100°С, а кипела при –80°С.

Взаимодействие между молекулами воды оказывается достаточно сильным, таким, что даже в парах воды присутствуют димеры и тримеры состава (H₂O)₂, (Н₂O)₃ и т. д. В растворах же могут возникать длинные цепи ассоциатов поскольку атом кислорода имеет две неподеленные пары электронов.
Таким образом, водородные связи могут образовываться, если есть полярная Х—Н связь и свободная пара электронов. Например, молекулы органических соединений, содержащие группы —ОН, —СООН, —CONH₂, —NH₂ и др., часто ассоциированы вследствие образования водородных связей.
Типичные случаи ассоциации наблюдаются для спиртов и органических кислот. Например, для уксусной кислоты возникновение водородной связи может привести к объединению молекул в пары с образованием циклической димерной структуры, и молекулярная масса уксусной кислоты, измеренная по плотности пара, оказывается удвоенной (120 вместо 60):

Внутримолекулярные водородные связи играют основную роль в образовании пептидных цепей, которые определяют строение белков. По-видимому, наиболее важным и, несомненно, одним из наиболее известных примеров влияния внутримолекулярной водородной связи на структуру является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Молекула ДНК свернута в виде двойной спирали. Две нити этой двойной спирали связаны друг с другом водородными связями.