Wiązanie wodorowe powstaje, gdy dodatni koniec jednej cząsteczki jest przyciągany do ujemnego końca drugiej. Koncepcja jest podobna do przyciągania magnetycznego, gdzie przyciągają się przeciwne bieguny. Wodór ma jeden proton i jeden elektron. To sprawia, że wodór jest elektrycznie dodatnim atomem, ponieważ ma niedobór elektronów. Stara się dodać kolejny elektron do swojej powłoki energetycznej, aby ją ustabilizować.
Dwa terminy są ważne dla zrozumienia, jak tworzy się wiązanie wodorowe: elektroujemność i dipol. Elektroujemność jest miarą tendencji atomu do przyciągania elektronów do siebie w celu utworzenia wiązania. Dipol to oddzielenie ładunków dodatnich i ujemnych w cząsteczce. Oddziaływanie dipol-dipol to siła przyciągania między dodatnim końcem jednej cząsteczki polarnej a ujemnym końcem innej cząsteczki polarnej.
Wodór najczęściej przyciąga więcej pierwiastków elektroujemnych niż on sam, takich jak fluor, węgiel, azot czy tlen. Dipol tworzy się w cząsteczce, gdy wodór zachowuje bardziej dodatni koniec ładunku, podczas gdy jego elektron jest przyciągany w kierunku elementu elektroujemnego, gdzie ładunek ujemny będzie większy stężony.
Wiązania wodorowe są słabsze niż wiązania kowalencyjne lub jonowe, ponieważ łatwo tworzą się i pękają w warunkach biologicznych. Cząsteczki, które mają niepolarne wiązania kowalencyjne, nie tworzą wiązań wodorowych. Ale każdy związek, który ma polarne wiązania kowalencyjne, może tworzyć wiązanie wodorowe.
Tworzenie wiązań wodorowych jest ważne w układach biologicznych, ponieważ wiązania stabilizują i determinują strukturę i kształt dużych makrocząsteczek, takich jak kwasy nukleinowe i białka. Ten rodzaj wiązania występuje w strukturach biologicznych, takich jak DNA i RNA. To wiązanie jest bardzo ważne w wodzie, ponieważ jest to siła istniejąca między cząsteczkami wody, która utrzymuje je razem.
Zarówno w postaci ciekłego, jak i stałego lodu, tworzenie wiązań wodorowych między cząsteczkami wody zapewnia siłę przyciągania do utrzymywania masy cząsteczkowej razem. Międzycząsteczkowe wiązania wodorowe są odpowiedzialne za wysoką temperaturę wrzenia wody, ponieważ zwiększają ilość energii potrzebnej do zerwania wiązań przed rozpoczęciem wrzenia. Wiązanie wodorowe zmusza cząsteczki wody do tworzenia kryształów, gdy zamarza. Ponieważ dodatnie i ujemne końce cząsteczek wody muszą zorientować się w układzie, który pozwala dodatnim końcówkom przyciągać ujemne końce cząsteczek, siatka lub szkielet kryształu lodu nie jest tak ciasno zazębiony jak postać ciekła i pozwala na unoszenie się lodu woda.
Struktura 3-D białek jest bardzo ważna w reakcjach biologicznych, takich jak te z udziałem enzymów gdzie kształt jednego lub więcej białek musi pasować do otworów w enzymach podobnie jak zamek i klucz mechanizm. Wiązanie wodorowe pozwala tym białkom zginać się, fałdować i w razie potrzeby dopasowywać do różnych kształtów, co determinuje aktywność biologiczną białka. Jest to bardzo ważne w DNA, ponieważ tworzenie wiązań wodorowych pozwala cząsteczce przyjąć tworzenie podwójnej helisy.