Legami dell’idrogeno: caratteristiche e comportamenti
L’idrogeno può formare legami attraverso la condivisione del suo elettrone, ma può anche dare origine a composti sotto forma di H+ in seguito alla perdita del suo elettrone o all’acquisizione di uno nuovo.
Perdita dell’elettrone di valenza
Quando l’idrogeno perde il suo elettrone di valenza, si forma l’ione H+, che corrisponde a un protone. La sua piccola dimensione e la scarica minima gli conferiscono la capacità di deformare la nuvola elettronica degli altri atomi. Di conseguenza, il protone esiste principalmente in raggi ionici gassosi, associandosi sempre a altri atomi o molecole nella fase condensata.
Acquisto di un elettrone
L’atomo di idrogeno può assorbire un elettrone per formare lo ione idruro H–, raggiungendo la configurazione elettronica 1s2 di He. Questo tipo di ione è prevalentemente presente negli idruri salini con metalli più elettropositivi.
Formazione di un legame a coppia elettronica
La maggior parte dei composti dell’idrogeno contiene un legame a coppia elettronica. Sono numerosi i composti del carbonio con l’idrogeno, così come quelli di altri elementi con scarso carattere metallico, che formano i loro derivati. Tali composti, in molti casi, sono gassosi o liquidi. Anche se la maggior parte dei metalli non forma idruri covalenti semplici, esistono complessi contenenti legami M-H, come ad esempio HCo(CO)4.
La chimica di molti di questi composti dipende strettamente dalla natura degli elementi a cui l’idrogeno è legato, influenzando il grado di dissociazione del composto in solventi polari e la sua capacità di comportarsi da acido, come nel caso di HX ⇄ H+ + X–. Inoltre, la struttura elettronica e il numero di coordinazione della molecola influenzano il suo comportamento chimico.
Comportamento chimico dell’idrogeno
Vari composti di idrogeno presentano legami H-X, con caratteristiche piú o meno polari a seconda della differenza di elettronegatività. Questi legami influenzano significativamente il comportamento chimico dei composti. Ad esempio, HCl si comporta come un acido forte in soluzione acquosa, ma rimane indissociato in solventi non polari.
Tipi di legami particolari
La particolare natura del protone e la sua totale assenza di schermatura da parte di gusci elettronici interni consentono altre forme di attività chimica caratteristiche dell’idrogeno. Queste comprendono la formazione di composti con elementi metallici, chiamati idruri, e di legami a ponte di idrogeno in composti elettron-deficienti come il diborano.
Il legame a idrogeno costituisce il caso più emblematico di attrazione intermolecolare ed è particolarmente importante nella chimica dell’acqua, delle soluzioni acquose e nei sistemi biologici. Ha un’importanza critica nei sistemi biologici, responsabile dei legami intra- e inter-catene polipeptidiche nelle proteine e dell’accoppiamento delle basi negli acidi nucleici.