Puente de hidrógeno

Hablemos de enlaces de hidrógeno. Aquí están  representadas tres tipos diferentes de moléculas:   a la izquierda tenemos amoniaco, cada molécula de  amoniaco tiene 1 nitrógeno unido a 3 hidrógenos;   en medio tenemos algo con lo que probablemente  estás muy familiarizado, de hecho forma parte   de ti, es agua, cada oxígeno está unido  a 2 hidrógenos; y, luego, a la derecha,   tenemos fluoruro de hidrógeno, cada flúor está  unido a 1 hidrógeno. Ahora, ¿por qué estos tipos   de moléculas son interesantes?, ¿y eso qué  tiene que ver con los enlaces de hidrógeno?   La respuesta simple es que en cada uno de estos  casos tenemos hidrógeno unido a un átomo mucho   más electronegativo; aunque estos son enlaces  covalentes, van a ser enlaces covalentes polares.   Vamos a tener un momento dipolar de enlace que  va del hidrógeno al átomo más electronegativo,   del hidrógeno al átomo más electronegativo,  del hidrógeno al átomo más electronegativo.   El átomo más electronegativo va a acaparar los  electrones, los electrones van a pasar más tiempo   alrededor de éste, de modo que ese extremo de las  moléculas va a tener una carga negativa parcial,   y luego los extremos con el hidrógeno van a tener  cargas positivas parciales. Otra forma de pensar   en esto es que, si agregamos estos momentos  dipolares, tendremos un dipolar neto para la   molécula completa, que se vería como algo así.  Entonces estamos tratando con moléculas polares   y la polaridad proviene de la asimetría y de tener  un átomo muy electronegativo unido al hidrógeno.   El oxígeno es un átomo muy electronegativo  unido al hidrógeno Este extremo de la molécula   es parcialmente negativo, estos extremos de la  molécula son parcialmente positivos. Para el   fluoruro de hidrógeno este extremo es parcialmente  positivo, este extremo es parcialmente negativo.   Así que, ¿qué crees que podría pasar cuando estas  moléculas interactúan entre sí? Que el extremo   de nitrógeno de este amoniaco podría ser atraído  por uno de estos hidrógenos que tienen una carga   parcialmente positiva o este hidrógeno con carga  parcialmente positiva podría ser atraído por este   nitrógeno que tiene una carga parcialmente  negativa. Y esta atracción entre el extremo   de hidrógeno parcialmente positivo y el extremo  parcialmente negativo de otra molécula son enlaces   de hidrógeno, y son una fuerza intermolecular que  se sumará a la fuerza intermolecular total como   las fuerzas de dispersión de London, lo que te  hace tener un punto de ebullición más elevado de   lo que tendrías si sólo consideraras las fuerzas  de dispersión de London. Y para que quede claro,   puedes mirar esta gráfica, puedes ver que todas  estas moléculas están formadas por elementos   del periodo 2 e hidrógeno, de hecho todas estas  moléculas tienen masas molares similares: metano,   amoniaco, fluoruro de hidrógeno y agua. Si sólo  pensáramos en las fuerzas de dispersión de London,   las fuerzas de dispersión de London son  proporcionales a la polarizabilidad de   una molécula, que es proporcional al tamaño de  la nube de electrones que es proporcional a la   masa molar. Y hablando en general, a medida  que avanzamos de las moléculas formadas con   elementos del periodo 2, a las de elementos  del periodo 3, a los elementos del periodo 4,   a los elementos del periodo 5, se puede ver  que, conforme la masa molar de estas moléculas   aumenta hay una tendencia en general a la alza  del punto de ebullición, y eso se debe a las   fuerzas de dispersión de London. Pero en cualquier  periodo ves una separación, en particular hay una   gran separación de las moléculas formadas con  oxígeno, flúor y nitrógeno. Estas moléculas,   a pesar de tener masas molares similares, tienen  puntos de ebullición muy diferentes, por lo que   debe haber otro tipo de fuerzas intermoleculares  en juego más allá de las fuerzas de dispersión de   London. Y la respuesta simple es: sí, lo que hay  en juego son los enlaces de hidrógeno. Ahora quizá   te preguntarás: "Bueno, vemos que estas moléculas  formadas con elementos del periodo 3 e hidrógeno,   o con elementos del periodo 4 e hidrógeno,  tampoco tienen el mismo punto de ebullición,   aunque se esperaría que tuvieran fuerzas de  dispersión de London similares porque tienen masas   molares similares". Y la separación que vemos  aquí en los puntos de ebullición también se debe   a otras cosas aparte de las fuerzas de dispersión  de London, en particular estarían en juego las   fuerzas dipolo dipolo. Pero lo que podemos ver  es que la separación es mucho mayor en estas   moléculas formadas con nitrógeno e hidrógeno,  flúor e hidrógeno y oxígeno e hidrógeno,   y eso se debe a que los enlaces de hidrógeno  pueden ser vistos como la forma más fuerte   de las fuerzas dipolo dipolo. Los enlaces de  hidrógeno son un caso especial de fuerzas dipolo   dipolo. Cuando hablamos de enlaces de hidrógeno,  generalmente estamos hablando de un dipolo de   enlace específico: el enlace entre hidrógeno  y un átomo más electronegativo como nitrógeno,   oxígeno y flúor, de modo que estamos hablando  específicamente sobre esa parte de la molécula,   esa parte de hidrógeno que tiene una carga  parcialmente positiva y que es atraída por el   extremo parcialmente negativo de otra molécula.  Entonces, cuando hablamos de interacciones   dipolo dipolo, en general se trata realmente de un  dipolo de enlace con enlaces de hidrógeno versus   un dipolo molecular neto. Puedes imaginar que  ni siquiera tienen que ser enlaces de hidrógeno   entre moléculas similares, podrías tener enlaces  de hidrógeno entre una molécula de amoniaco y una   molécula de agua o entre una molécula de agua y  una molécula de fluoruro de hidrógeno. Y mencioné   que estos son muy importantes en Biología. Esto de  aquí es un acercamiento del ADN. Podemos ver que   los pares de bases en el ADN... Imagina los  peldaños de la escalera, están formados por   enlaces de hidrógeno entre pares de bases,  entonces estos enlaces de hidrógeno son lo   suficientemente fuertes para mantener esa doble  hélice unida, pero no son tan fuertes como para   no poder ser separados cuando es hora de replicar  o transcribir el ADN. Y aprenderás más sobre eso   en clase de Biología. Los enlaces de hidrógeno  también son importantes en las proteínas. En la   clase de Biología aprendes que las proteínas  están formadas por cadenas de aminoácidos   y la función está fuertemente influenciada  por la forma de esa proteína. Y esa forma   está influenciada por enlaces de hidrógeno  que podrían formarse entre los aminoácidos   que componen la proteína. Así que los enlaces de  hidrógeno están en todas partes, en este momento   hay muchos enlaces de hidrógeno en tu cuerpo,  no sólo por el ADN, principalmente porque eres   mayormente agua. De modo que la vida, tal como la  conocemos, no existiría sin enlaces de hidrógeno.