O legătură de hidrogen se formează atunci când capătul pozitiv al unei molecule este atras de capătul negativ al alteia. Conceptul este similar cu atracția magnetică în care atrag polii opuși. Hidrogenul are un proton și un electron. Acest lucru face din hidrogen un atom electric pozitiv, deoarece are un deficit de electroni. Încearcă să adauge un alt electron la învelișul său energetic pentru a-l stabiliza.
Doi termeni sunt importanți în înțelegerea modului în care se formează legătura de hidrogen: electronegativitatea și dipolul. Electronegativitatea este măsura tendinței unui atom de a atrage electroni spre el însuși pentru a forma o legătură. Un dipol este o separare a sarcinilor pozitive și negative dintr-o moleculă. O interacțiune dipol-dipol este o forță atractivă între capătul pozitiv al unei molecule polare și capătul negativ al altei molecule polare.
Hidrogenul este cel mai frecvent atras de mai multe elemente electronegative decât el însuși, cum ar fi fluor, carbon, azot sau oxigen. Un dipol se formează într-o moleculă atunci când hidrogenul reține capătul mai pozitiv al sarcinii în timp ce acesta electronul este atras spre elementul electronegativ unde sarcina negativă va fi mai mare concentrat.
Legăturile de hidrogen sunt mai slabe decât legăturile covalente sau ionice, deoarece se formează și se rup ușor în condiții biologice. Moleculele care au legături covalente nepolare nu formează legături de hidrogen. Dar orice compus care are legături covalente polare poate forma o legătură de hidrogen.
Formarea legăturilor de hidrogen este importantă în sistemele biologice, deoarece legăturile stabilizează și determină structura și forma macromoleculelor mari, cum ar fi acizii nucleici și proteinele. Acest tip de legătură are loc în structuri biologice, cum ar fi ADN-ul și ARN-ul. Această legătură este foarte importantă în apă, deoarece aceasta este forța care există între moleculele de apă pentru a le menține împreună.
Atât ca lichid, cât și ca gheață solidă, formarea legăturii de hidrogen dintre moleculele de apă oferă forța atractivă pentru a menține masa moleculară împreună. Legarea intermoleculară a hidrogenului este responsabilă de punctul de fierbere ridicat al apei, deoarece crește cantitatea de energie necesară pentru a sparge legăturile înainte de a începe fierberea. Legarea hidrogenului forțează moleculele de apă să formeze cristale atunci când îngheață. Deoarece capetele pozitive și negative ale moleculelor de apă trebuie să se orienteze într-o matrice care permite capetelor pozitive să atragă capetele negative ale moleculelor, rețeaua sau cadrul cristalului de gheață nu sunt la fel de strâns legate ca forma lichidă și permite plutirea gheții în apă.
Structura 3D a proteinelor este foarte importantă în reacțiile biologice, cum ar fi cele care implică enzime unde forma uneia sau mai multor proteine trebuie să se încadreze în deschideri ale enzimelor, la fel ca o cheie mecanism. Legătura cu hidrogen permite acestor proteine să se îndoaie, să se plieze și să se potrivească în diferite forme, după cum este necesar, ceea ce determină activitatea biologică a proteinei. Acest lucru este foarte important în ADN, deoarece formarea de legături de hidrogen permite moleculei să își asume formarea dublei spirale.