La cohesión del agua está vinculada al puente de hidrógeno de sus moléculas.
Un puente de hidrógeno es una clase de enlace que se produce a partir de la atracción existente entre un átomo de hidrógeno y un átomo de oxígeno, flúor o nitrógeno con carga parcial negativa. Dicha atracción, por su parte, se conoce como interacción dipolo-dipolo y vincula el polo positivo de una molécula con el polo negativo de otra.
El puente de hidrógeno puede vincular distintas moléculas e incluso sectores diferentes de una misma molécula. El átomo electronegativo unido al hidrógeno (el cual cuenta con una carga parcial positiva) se conoce como átomo donante, mientras que el átomo electronegativo que atrae al hidrógeno (como el oxígeno, el flúor o el nitrógeno) es el átomo aceptor del enlace.
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ResumenCaracterísticas del puente de hidrógeno
La noción de puente de hidrógeno se emplea en el ámbito de la química. La formación del puente se produce cuando un hidrógeno que tiene un enlace a un átomo de gran electronegatividad resulta atraído por otro átomo cercano que también es muy electronegativo.
Muchas de las particularidades del enlace de hidrógeno se deben a la poca fuerza de atracción que tienen en comparación a los enlaces covalentes. Debido a esta característica, las sustancias experimentan cambios en sus propiedades. El punto de fusión, por citar un caso, puede estar relacionado a esta particular atracción.
Hay que tener en cuenta que los puentes de hidrógeno tienen diferentes valores en lo referente a la energía de sus enlaces, que suele expresarse en kJ/mol. Sus fuerzas intermoleculares pueden alcanzar un límite superior excepcional de hasta 155 kJ/mol en puentes de hidrógeno que son extremadamente fuertes.
Es interesante mencionar, asimismo, que la distancia entre los átomos de oxígeno en un puente de hidrógeno es de 0,28 nanómetros. Los átomos que suelen participar en la creación y el desarrollo de los puentes, en tanto, suelen ser el nitrógeno o el flúor.
El puente de hidrógeno supone una interacción intermolecular fuerte, producida por la polaridad de las moléculas.
Clasificación según el tipo
De acuerdo a sus características, los puentes de hidrógeno se clasifican de distintos modos.
La categorización más habitual se hace según dónde se ubican los puentes de hidrógeno. Un puente intermolecular es aquel que se desarrolla entre diferentes moléculas, mientras que un puente intramolecular tiene lugar en el interior de una misma molécula.
Considerando su fuerza, los puentes de hidrógeno pueden ser débiles, moderados o fuertes. Un puente débil varía en cuanto al ángulo y la fuerza, que se ubica entre 1 y 12 kJ/mol, y tiene interacciones débiles. Un puente moderado tiene la fuerza suficiente (12 a 40 kJ/mol) para aportar estabilidad aunque puede romperse fácilmente mediante procesos biológicos. Un puente fuerte, finalmente, presenta fuerzas de más de 40 kJ/mol y suele disponerse de manera lineal.
Cabe subrayar que no siempre los puentes se establecen en línea recta. Por eso, si examinamos su forma geométrica, hay puentes lineales (los más fuertes y estables, cuando el hidrógeno, el donante y el aceptor crean un ángulo que ronda los 180º) pero también puentes bifurcados (el hidrógeno realiza una interacción simultánea con dos átomos aceptores) y puentes simétricos (el hidrógeno se posiciona en el medio exacto entre los átomos electronegativos).
En el ARN y el ADN, el puente de hidrógeno resulta esencial en el apareamiento de bases.
Ejemplos de puentes de hidrógeno
Los puentes de hidrógeno aparecen en múltiples sustancias. Un ejemplo es el agua: en este caso, el hidrógeno de la molécula es atraído por el oxígeno de otra molécula. El puente de hidrógeno que se establece da como resultado el elevado punto de ebullición del agua.
Otro ejemplo de puente de hidrógeno lo encontramos en el ácido fluorhídrico. Debido a la alta electronegatividad del flúor, los puentes de hidrógeno que se crean son fuertes.
En los alcoholes también pueden hallarse puentes de hidrógeno. El etanol y el metanol, por mencionar dos posibilidades, exhiben puentes de hidrógeno intermoleculares.
Los puentes de hidrógeno incluso aparecen muchas veces en la biología. La doble hélice del ácido desoxirribonucleico (ADN) se debe a los puentes de hidrógeno que posibilitan la unión de las bases nitrogenadas (citosina-guanina y adenina-timina). Si pensamos en las proteínas, los puentes de hidrógeno confieren estabilidad tanto a las estructuras secundarias como a las terciarias.
El caso del hielo
Es interesante señalar que los puentes de hidrógeno intervienen en fenómenos cotidianos o muy conocidos. Por ejemplo, en la formación del hielo: la estructura cristalina está vinculada a la fijación de los puentes de hidrógeno del agua cuando ésta se congela.
Por lo general, los líquidos son menos densos que los sólidos. No obstante, la menor densidad del hielo respecto al agua líquida es una consecuencia de las particularidades de los puentes de hidrógeno.
El hielo dispone de una estructura molecular caracterizada por la disposición tetraédrica de las moléculas de agua (H20). En esta configuración, los puentes de hidrógeno conservan un patrón tridimensional fijo pese al movimiento que tienen las moléculas individuales de agua. Debido a la separación de las moléculas de agua, el hielo resulta menos denso que el agua líquida.
En concreto, esta densidad hace que el hielo flote en el agua líquida. Eso puede apreciarse claramente al introducir un cubito de hielo en un vaso de agua o si observamos el desplazamiento de un iceberg sobre la superficie del océano.
