Особый вид связи — водородная связь наблюдается при взаимодействии атома водорода с атомами сильно электроотрицательных элементов (F, О, N, реже С1 и S). Природа водородной связи до конца не выяснена. Она не является ни ковалентной, ни ионной. Некоторые исследователи считают, что ее природа ближе к природе межмолекулярных сил притяжения. Однако в действительности водородная связь не может быть сведена к ван-дер-ваальсовым силам, так как очевиден и ее электростатический характер. Она образуется вследствие притяжения между ковалентно связанным атомом водорода (протон) и свободными электронами электроотрицательного атома другой молекулы, как это видно на примере молекул воды

image314

При образовании связи водород ведет себя как двухвалентный элемент. Пользуясь терминологией орбиталей, можно сказать, что протон принимает участие в образовании многоцентровой орбитали, охватывающей атомы АНВ

image315

Длина водородной связи (О...Н) в воде составляет 1,76 А и заметно превосходит длину ковалентной связи О—Н (0,96 А). Энергия водородной связи сравнительно невелика 20—42 кДж/моль.

Водородная связь возникает в веществах независимо от их агрегатного состояния. Образующие водородную связь атомы стремятся располагаться прямолинейно и дать по возможности наибольшее число взаимных связей. Так, в структуре кристаллов воды каждая молекула воды образует четыре водородных связи с соседними молекулами. Тетраэдрическая структура льда характеризуется неплотной упаковкой частиц и определяет его аномальные физические свойства. При таянии льда рвется около 15% водородных связей и наблюдается переход к более компактной упаковке молекул. При нагревании воды до 40° С рвется около половины водородных связей. В парах воды эти связи практически полностью исчезают.