Enlace Químico: Enlace de Hidrógeno

Muchos compuestos hidrogenados tienen propiedades un poco anormales que pueden interpretarse suponiendo que entre sus moléculas se forma un tipo especial de enlace, característico del átomo de hidrógeno, por lo que se llama Enlace de Hidrógeno, llamado en un principio puente de hidrógeno, por ser el átomo de hidrógeno el que actúa como una especie de puente de unión entre otros dos átomos muy electronegativos.

El enlace de hidrógeno se presenta en todos los compuestos en que el hidrógeno esté unido a un átomo muy electronegativo X como, por ejemplo, en el agua, alcoholes, fenoles, ácidos orgánicos, con grupos O-H, y también en aminas, amidas, etc., con grupos N-H. Estos compuestos pueden formar asociaciones moleculares con ellos mismo, o bien con otras moléculas que tengan un átomo donador de electrones como, por ejemplo, cetonas (grupo C=0), éteres (grupo –O-), amoniaco, etc.

Debido al enlace de hidrógeno, todos estos compuestos tienen propiedades algo anómalas; en particular, presentan puntos de fusión y de ebullición anormalmente altos, en relación con otros compuestos semejantes.

Por otra parte, la pequeña energía de formación del enlace de hidrógeno, comprendida entre 2 y 7 kcal/mol, permite que dicho enlace puede romperse y formarse en condiciones bastante suaves, por lo que desempeña un importante papel en muchos procesos biológicos.

Hay dos tipos de enlaces de hidrógeno:

• Intermoleculares à enlace de hidrógeno que se dan entre dos moléculas.
• Intramoleculares à enlace de hidrógeno que se da dentro de la misma molécula.

El enlace de hidrógeno en el agua

El agua ordinaria es sin duda la sustancia más común en la que tiene lugar el enlace de hidrógeno. En el hielo, los enlaces de hidrógeno mantienen a las moléculas de agua en una estructura rígida pero bastante abierta. Cuando el hielo funde, sólo se rompe una fracción de enlaces de hidrógeno. Una indicación de esto es el calor de fusión relativamente bajo del hielo, mucho menor del que se podía esperar si todos los enlaces de hidrógeno se rompieran durante la fusión.

Cuando el hielo funde, algunos enlaces de hidrógeno se rompen. Esto permite a las moléculas de agua estar ordenadas de forma más compacta, lo que justifica el aumento de densidad cuando el hielo funde. Es decir, el número de moléculas de agua por unidad de volumen es mayor en el líquido que en el sólido.

Cuando el agua líquida se calienta por encima del punto de fusión, los enlaces de hidrógeno continúan rompiéndose. Las moléculas se empaquetan más y la densidad del agua líquida continúa aumentando. El agua líquida alcanza su máxima densidad a 3,98ºC. Por encima de esta temperatura el agua posee un comportamiento “normal”: su densidad disminuye al aumentar la temperatura. Este comportamiento inusual del punto de congelación explica por qué un lago de agua dulce congela de arriba abajo. Cuando la temperatura del agua desciende por debajo de 4ºC, el agua más densa se hunde al fondo del lago y el agua más fría de la superficie congela. Entonces el hielo de la superficie del lago tiende a aislar al agua que se encuentra por debajo del hielo, de pérdidas de calor.

Sin el enlace de hidrógeno, todos los lagos congelarían de abajo hacia arriba; y los peces, los pequeños animales que viven en el fondo y las plantas acuáticas no sobrevivirían en el invierno.

Otras propiedades afectadas por el enlace de hidrógeno.

Hay muchas sustancias cuyas propiedades se ven afectadas por el enlace de hidrógeno. En el ácido acético (CH₃COOH), las moléculas tienden a unirse pares formando dímeros (moléculas dobles) tanto en estado líquido como en vapor. Cuando esta sustancia se evapora, no todos los enlaces de hidrógeno se rompen y, como resultado, el calor de vaporización es anormalmente bajo.

El enlace de Hidrógeno también puede ayudarnos a comprender algunos aspectos de la viscosidad. En los alcoholes, el átomo de H en un grupo –OH de una molécula, puede formar un enlace de hidrógeno con un átomo de O de una molécula de alcohol vecina. Una molécula de alcohol con dos grupos –OH (diol), tiene más posibilidades de formación de enlaces de hidrógeno que uno con un único grupo –OH.

Al tener fuerzas intermoleculares más fuertes, se puede esperar que el diol tenga mayor viscosidad y por tanto fluya más lentamente. Cuanto más presentes estén los grupos –OH, mayor aumento de viscosidad se espera.

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