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Wasserstoffbrücken

Die intermolekularen Anziehungskräfte in bestimmten Wasserstoffverbindungen sind ungewöhnlich stark. in den betreffenden Verbindungen sind Wasserstoffatome an kleine, sehr elektronegative Atome gebunden. Das elektronegativere Atom übt eine starke Anziehung auf die Elektronen der Bindung aus und erzeugt einen beträchtlichen delta+-Ladungsanteil am Wasserstoffatom. Das Wasserstoffatom verbleibt als fast nicht abgeschirmtes Proton.
Das Wasserstoffatom eines Moleküls und ein einsames Elektronenpaar am elektronegativen Atom eines anderen Moleküls ziehen sich gegenseitig an und bilden eine Wasserstoffbrücke. Dieser Bindungstyp, von z.B. HF-, H2O- und NH3- Molekülen über Wasserstoffbrücken werden in Formelbildern durch punktierte Linien zum Ausdruck gebracht.
Diese Wasserstoffbrücken haben auf die Moleküle eine auffällige Wirkung. So erhöht sich der Siedepunkt stark gegenüber Molekülen die ähnlich gebaut aber keine Wasserstoffbrücken (H-Brücken) haben. H-Brücken erschweren das Abtrennen einzelner Moleküle aus der Flüssigkeit. Auch hohe Schmelzpunkte und eine hohe Viskosität sind zu finden.
Weitere Eigenschaften des Wassers werden in sonst ungewohntem Ausmaß von H- Brücken beeinflußt. Im Eis werden die Wassermoleküle über H-Brücken zusammengehalten, wobei jedes Sauerstoffatom von vier Wasserstoffatomen umgeben ist. Diese Anordnung führt im Eiskristall zu relativ großen Hohlräumen. Deshalb hat Eis eine geringere Dichte als flüssiges Wasser (Eis schwimmt!). Beim Schmelzen fallen die Hohlräume wieder zusammen. Auch in flüssigem Zustand werden die H2O-Moleküle über H-Brücken zusammengehalten, jedoch in geringerem Ausmaß und weniger starr als im Eis.
Die außerordentlich hohe Löslichkeit einiger Sauerstoff-, Stickstoff- und Fluor- Verbindungen in Wasser (wasserstoffhaltige Lösungsmittel) hängt mit Wasserstoffbrücken zusammen. Ammoniak (NH3) und Methanol (H3COH) lösen sich in Wasser unter Ausbildung von H-Brücken. Entsprechendes gilt für einige sauerstoffhaltige Ionen.
Wasserstoffbrücken sind von zentraler Bedeutung für die Strukturen von Molekülen in der belebten Natur. Proteine und die DNA erhalten ihre dreidimensionale Gestalt unter anderem durch Wasserstoffbrücken.

Wasserstoffbrücken: Ähnliches gilt für die Wasserstoffbrückenbindungen, nur sind sie auf die Elemente Sauerstoff, Stickstoff und Fluor beschränkt, jeweils mit dem Wasserstoff als Brücke. Wasserstoffbrücken sorgen insbesondere auch dafür, dass sich Schneeflocken bilden können: Eiskristalle beruhen nämlich auf H-Brücken. Besonders wichtig sind Wasserstoffbrücken bei Wasser und einer Reihe organischer Lösungsmittel. Rein schematisch kann man die Wasserstoffbrücken im Wasser sich so vorstellen:

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