Атоми гідрогену, які ковалентно пов’язані з атомом елемента, що має більшу електронегативність (найчастіше F, O, N, а також Cl, S, C), несуть на собі відносно високий ефективний заряд. Внаслідок цього такі атоми гідрогену можуть електростатично взаємодіяти з атомами зазначених елементів. Так, атом H^δ+ однієї молекули води орієнтується і відповідно взаємодіє (така взаємодія позначається трьома крапками) з атомом O^δ- іншої молекули води

У твердій воді (лід) кожний атом O тетраедрично оточений чотирма атомами H (два з них пов’язані ковалентно, два інших – електростатично); виходить відповідна кристалічна решітка льоду. В рідкій воді практично відсутні вільні молекули H₂O, вони за рахунок електростатичної взаємодії зазначеного типу об’єднуються в агрегати (H₂O)n; при кімнатній температурі середнє значення n дорівнює 4. Цим пояснюється менша летючість води (т. кип. +100*С), ніж у її аналогів, зокрема, у гідрогенсульфіду H₂S (т. кип. -60*С).

Гідрогеновий зв’язок – це зв’язок, що утворюється атомом H, який знаходяться між двома атомами більш електронегативнх елементів

A^δ- – H^δ+··· B^δ-

Енергія ковалентної складової гідрогенового зв’язку A-H має значення близько 1000 кДж/моль (F-H 565, O-H 459, N-H 386 кДж/моль), а електростатична складова – близько 10 кДж/моль (тобто гідрогеновий зв’язок набагато менш міцний ніж ковалентний). Однак сили Ван-дер-Ваальса значно слабкіші (≈1 кДж/моль), ніж електростатична складова гідрогенового зв’язку.

Наприклад, агрегації молекул за рахунок гідрогенових зв’язків у вигляді звивистих ланцюгів в рідкому гідрогенфториді HF

Утворення гідрату амоніаку NH₃*H₂O при розчиненні амоніаку у воді

Гідрогенові зв’язки мають велике значення в хімії білка. Численні процеси обміну в живих організмах обумовлюються достатніми (хоча і невеликими) значеннями енергії електростатичних складових гідрогенового зв’язку; вони легко утворюються і легко руйнуються. Гідрогенові зв’язки, що виникають між сусідніми ланцюговими молекулами в полімерах, підвищують міцність матеріалів, особливо хімічних волокон.

Електростатична модель утворення гідрогенових зв’язків вірна лише в першому наближенні, оскільки енергетично додаткове зв’язування атома гідрогену повинно мати хімічну природу. Метод валентних зв’язків не може пояснити утворення додаткового хімічного зв’язку атома H, тому що атом гідрогену одновалентний. Метод молекулярних орбіталей в його багатоцентровому варіанті дає наступне пояснення утворення гідрогенового зв’язку. При зближенні атома H, ковалентно зв’язаного з атомом більш електронегативного елементу A^δ- – H^δ+, з іншим атомом також більш електронегативного елементу B^δ- виникає трицентрова зв’язуюча молекулярна орбіталь, перебування в якій електронної пари атома B^δ- вигідніше, ніж на атомній орбіталі цього ж атома.

---