물은 섭씨 100도에서 끓습니다. 비슷한 분자인 황화수소는 영하 60도에서 끓습니다. 이 차이는 수소 결합 때문입니다. 수소 결합은 산소, 질소, 플루오린과 같이 전기음성도가 높은 원자에 결합된 수소 원자와 다른 전기음성도가 높은 원자 사이의 약한 인력입니다. 수소 원자는 부분적인 양전하를 띠고, 다른 원자는 부분적인 음전하를 띕니다. 이러한 인력은 정전기적 인력입니다.

수소 결합은 공유 결합보다 약하며, 공유 결합이 수백 킬로줄/몰에 비해 약 5~30킬로줄/몰의 에너지를 가집니다. 하지만 수소 결합은 분자 수가 많고 전체적으로 매우 강력합니다. 물 분자 하나는 최대 네 개의 수소 결합을 형성할 수 있습니다. 이러한 수소 결합 네트워크 덕분에 물은 끓는점이 높고, 표면 장력이 높으며, 비열이 큽니다. 또한 얼음이 물에 뜨는 이유도 수소 결합 격자가 액체 상태의 물보다 밀도가 낮기 때문입니다.

수소 결합은 생물학에서 필수적인 요소입니다. DNA의 두 가닥을 서로 연결하고, 단백질의 2차 구조를 안정화시켜 알파 나선과 베타 막 구조를 형성합니다. 또한 효소가 기질과 결합하는 방식을 결정하고, 약물의 용해도와 RNA의 접힘 구조에도 영향을 미칩니다. 수소 결합이 없다면 우리가 알고 있는 생명체는 존재할 수 없을 것입니다.

수소 결합은 단순한 호기심의 대상이 아닙니다. 그것은 설계 원리입니다. 화학자들은 수소 결합을 이용하여 초분자 복합체를 만들고, 약물을 설계하며, 특성을 조절할 수 있는 물질을 만들어냅니다. 이 결합은 약하지만 그 효과는 매우 큽니다.