El puente de hidrógeno no es propiamente un enlace químico, sino una atracción electrostática que se produce cuando dos átomos negativos de compuestos polares se unen mediante uno de hidrógeno, de tal manera que sólo participan los elementos más electronegativos, como el oxígeno aun cuando también interviene el nitrógeno y otros. Esta atracción electrostática es muy débil (20 kJ/mol o 4.7 Kcal/mol), comparada con el enlace covalente (400 kJ/mol o 95 Kcal/mol), y su vida media es de 10-11 segundos; sin embargo, como todas las moléculas de agua tienen la capacidad de establecerla en un momento específico, en conjunto representan una gran fuerza. Tanto el número de estas uniones como la longitud del puente de hidrógeno entre moléculas vecinas (v. gr. 0.276 nm o 2.76 A.) se ve afectado por la temperatura; esto se refleja, por ejemplo, en la densidad del agua que se incrementa a medida que interaccionan más moléculas a una menor distancia y alcanza un máximo a 3.98 ºC.
Puentes de hidrógeno entre moléculas de agua: a) las moléculas 1, 2 y la central se hallan en el plano del papel; la 3 está por encima de él y la 4 detrás del plano; b)interacción de moléculas de agua a través de puentes de hidrógeno, y c) los puentes de hidrógeno entre moléculas de agua producen una estructura imaginaria tetraédrica con el oxígeno al centro.
Debido a sus cargas parciales, la molécula de agua tiene dos sitios receptores y dos donadores de electrones, por lo que su interacción mediante puentes de hidrógeno crea grandes estructuras tridimensionales estables en el hielo y en el agua líquida, responsables de sus propiedades físicas tan peculiares. Las moléculas como NH3 que no tienen igual número de receptores y de donadores (1 y 3, respectivamente), sólo forman estructuras bidimensionales y no tridimensionales.
Cabe señalar que los puentes de hidrógeno no sólo se inducen en el agua, sino en cualquier sustancia que tenga características polares, como las proteínas y los hidratos de carbono, gracias a sus diversos grupos hidrófilos. Mediante este mecanismo, los polímeros y algunos compuestos de bajo peso molecular retienen agua y les confieren a los alimentos propiedades reológjcas muy especiales. Con base en esto, el agua de los tejidos vegetal y animal se retiene (se hidratan), lo que se manifiesta en su frescura y crujencia; los soles, los geles y otras texturas similares se crean por las interacciones que establecen los macrocomponentes de los alimentos con el agua.
Las temperaturas bajas favorecen la formación de puentes de hidrógeno, mientras que las altas los destruyen; por esta razón, de manera simplificada se considera que en el hielo 100% de las moléculas establecen puentes de hidrógeno, y que en el vapor este porcentaje es cero. La función biológica del hombre se efectúa alrededor de los 37 °C, temperatura en la que se produce de 35-45% de los puentes de hidrógeno; por lo tanto, hay relación entre la estructura del agua en estas condiciones y la facilidad para que se lleven a cabo las reacciones que sustentan la vida .
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