تتشكل الرابطة الهيدروجينية عندما تنجذب النهاية الإيجابية لجزيء إلى الطرف السلبي لجزيء آخر. هذا المفهوم مشابه للجاذبية المغناطيسية حيث تجذب الأقطاب المتقابلة. يحتوي الهيدروجين على بروتون واحد وإلكترون واحد. هذا يجعل الهيدروجين ذرة موجبة كهربائياً لأنه يحتوي على نقص في الإلكترونات. يسعى إلى إضافة إلكترون آخر إلى غلاف الطاقة الخاص به لتثبيته.
هناك مصطلحان مهمان في فهم كيفية تكوين الرابطة الهيدروجينية: الكهربية وثنائي القطب. الكهربية هي مقياس ميل الذرة لجذب الإلكترونات إلى نفسها لتكوين رابطة. ثنائي القطب هو فصل الشحنة الموجبة والسالبة في الجزيء. التفاعل ثنائي القطب - ثنائي القطب هو قوة جذب بين الطرف الموجب لجزيء قطبي واحد والنهاية السالبة لجزيء قطبي آخر.
ينجذب الهيدروجين بشكل شائع إلى عناصر كهربية أكثر من نفسه ، مثل الفلور أو الكربون أو النيتروجين أو الأكسجين. يتكون ثنائي القطب في جزيء عندما يحتفظ الهيدروجين بنهاية الشحنة الأكثر إيجابية أثناء وجوده يتم سحب الإلكترون باتجاه العنصر الكهربائي حيث تكون الشحنة السالبة أكثر تتركز.
الروابط الهيدروجينية أضعف من الروابط التساهمية أو الأيونية لأنها تتشكل وتنكسر بسهولة في ظل الظروف البيولوجية. الجزيئات التي لها روابط تساهمية غير قطبية لا تشكل روابط هيدروجينية. لكن أي مركب له روابط تساهمية قطبية يمكن أن يشكل رابطة هيدروجينية.
يعد تكوين الروابط الهيدروجينية أمرًا مهمًا في الأنظمة البيولوجية لأن الروابط تستقر وتحدد هيكل وشكل الجزيئات الكبيرة مثل الأحماض النووية والبروتينات. يحدث هذا النوع من الترابط في الهياكل البيولوجية ، مثل DNA و RNA. هذه الرابطة مهمة جدًا في الماء لأن هذه هي القوة الموجودة بين جزيئات الماء لتماسكها معًا.
يوفر تكوين الرابطة الهيدروجينية بين جزيئات الماء ، كجليد سائل وكثلج صلب ، القوة الجاذبة لتثبيت الكتلة الجزيئية معًا. تعتبر الرابطة الهيدروجينية بين الجزيئات مسؤولة عن درجة غليان الماء العالية لأنها تزيد من كمية الطاقة المطلوبة لكسر الروابط قبل أن يبدأ الغليان. يجبر الترابط الهيدروجين جزيئات الماء على تكوين بلورات عندما تتجمد. نظرًا لأن النهايات الإيجابية والسلبية لجزيئات الماء يجب أن توجه نفسها في مصفوفة تسمح للأطراف الإيجابية بجذب النهايات السالبة للجزيئات ، فإن الشبكة أو إطار بلورة الجليد ليست متشابكة بإحكام مثل الشكل السائل وتسمح للجليد بالطفو في ماء.
تعتبر البنية ثلاثية الأبعاد للبروتينات مهمة جدًا في التفاعلات البيولوجية مثل تلك التي تتضمن الإنزيمات حيث يجب أن يتناسب شكل بروتين واحد أو أكثر مع الفتحات الموجودة في الإنزيمات مثل القفل والمفتاح آلية. تسمح الرابطة الهيدروجينية لهذه البروتينات بالانحناء والطي والتناسب في أشكال مختلفة حسب الضرورة مما يحدد النشاط البيولوجي للبروتين. هذا مهم جدًا في الحمض النووي لأن تكوين الروابط الهيدروجينية يسمح للجزيء بتكوين الحلزون المزدوج.