Legame covalente
Questo tipo di legame si realizza quando si legano elementi dalle proprietà chimiche simili, i non-metalli, elementi caratterizzati dal possedere un alto numero di elettroni nel livello energetico esterno. In questa situazione nessuno dei due atomi è disposto a cedere i suoi elettroni, ma cerca di sottrarli all'altro atomo. Il legame si realizza perché i due atomi mettono in comune i propri elettroni fino a raggiungere l'ottetto; gli elettroni che vengono messi in comune prendono il nome di elettroni di legame.L'acido cloridrico è un esempio di legame covalente.
L'idrogeno ha un elettrone nel livello energetico esterno e il cloro ne ha sette; mettendo in comune una coppia di elettroni (uno dell'idrogeno e uno del cloro) si realizza il legame covalente, che tiene uniti i due atomi. Un legame di questo tipo è più forte del legame ionico visto in precedenza. All'interno di questa categoria di legami la forza aumenta all'aumentare del numero di coppie di legame esistenti tra i due elementi.
l legame idrogeno o ponte idrogeno è un caso particolare di interazione fra dipoli. In particolare si tratta di un legame dipolo permanente - dipolo permanente in cui è implicato un atomo di idrogeno coinvolto in un legame covalente con elementi molto elettronegativi (come fluoro, ossigeno, azoto), i quali attraggono a sé gli elettroni di valenza, acquisendo una parziale carica negativa (δ-) lasciando l'idrogeno con una parziale carica positiva (δ+).[1]
Il legame idrogeno si forma quando la parziale carica positiva dell'idrogeno viene in contatto con un doppietto elettronico di un gruppo funzionale di un'altra molecola, il quale lega l'H (che viene definito accettore; il gruppo dove è legato l'H viene detto donatore).
Ad esempio nel radicale idrossile OH e nell'anione idrossido OH- è presente una parziale carica negativa sull'O e una equivalente positiva sull'H, quindi tali composti si polarizzano parzialmente (dipolo permanente).
Se questo gruppo ne incontra un altro polare (ad esempio un gruppo carbonile), si crea una interazione elettrostatica.
La forza del legame idrogeno è variabile a seconda dei casi (Comunque solitamente compresa fra 10-40 Kj/mol). A temperatura ambiente nell'acqua pura, dipende dalla permittività elettrica del mezzo; infatti, essendo un legame elettrostatico per esso vale la legge di Coulomb. Comunque è nettamente più debole del legame ionico e del legame covalente, ma è nettamente più forte delle forze di Van der Waals. Una importante osservazione è che esso è un legame su base elettrostatica ma altamente direzionale (per es. nell'acqua: ossigeno, idrogeno, doppietto elettronico, ossigeno debbono essere allineati lungo lo stesso asse per avere il legame).
Rappresentazione di una α-elica composta da residui di alanina; i bastoncelli fucsia rappresentano i legami a idrogeno
Il legame idrogeno è presente nell'acqua sia allo stato liquido che allo stato solido, ed è responsabile della sua relativamente alta temperatura di ebollizione (se paragonata per esempio all'H2S, che pur avendo peso molecolare maggiore è significativamente meno polare). In particolare, senza il contributo dei legami idrogeno, l'acqua bollirebbe a -100 °C.
Una caratteristica peculiare del legame idrogeno è quella di mantenere le molecole interessate più distanti fra loro rispetto agli altri tipi di legame: è per questo che il ghiaccio è meno denso dell'acqua (nell'acqua, infatti, le molecole scorrono l'una sull'altra mentre il ghiaccio assume una struttura cristallina dovuta proprio ai legami idrogeno)
Il legame idrogeno è presente nelle proteine (principalmente per quanto riguarda le strutture secondarie: alfa elica e beta foglietto) e negli acidi nucleici, è una delle forze che tiene uniti i due filamenti del DNA.