Вода кипит при 100 градусах Цельсия. Сероводород, аналогичная молекула, кипит при минус 60 градусах. Разница заключается в водородной связи. Водородная связь — это слабое притяжение между атомом водорода, связанным с высокоэлектроотрицательным атомом, таким как кислород, азот или фтор, и другим электроотрицательным атомом. Атом водорода несет частичный положительный заряд, а другой атом — частичный отрицательный заряд. Притяжение является электростатическим.

Водородные связи слабее ковалентных, примерно от 5 до 30 килоджоулей на моль по сравнению с сотнями килоджоулей в ковалентных связях. Но их много, и в совокупности они очень прочны. В воде каждая молекула может образовывать до четырех водородных связей. Именно эта сеть объясняет высокую температуру кипения воды, высокое поверхностное натяжение и высокую теплоемкость. Именно поэтому лед плавает, поскольку водородно-связанная решетка менее плотная, чем у жидкой воды.

Водородные связи играют важнейшую роль в биологии. Они удерживают две нити ДНК вместе. Они стабилизируют вторичную структуру белков, образуя альфа-спирали и бета-листы. Они определяют, как ферменты связывают свои субстраты. Они влияют на растворимость лекарств и на сворачивание РНК. Без водородных связей жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, не существовала бы.

Водородные связи — это не просто курьез. Это принцип проектирования. Химики используют их для создания супрамолекулярных структур, разработки лекарств и материалов с регулируемыми свойствами. Связь слабая, но ее влияние огромно.