Acum că avem o idee mai bună despre modul în care forma și tipurile de legături dintr-o moleculă pot afecta polaritatea acesteia, haideți să analizăm puțin mai îndeaproape modul în care moleculele interacționează între ele. Primul lucru care trebuie remarcat este că moleculele global nepolare interacționează exclusiv prin intermediul forțelor de dispersie London, la fel ca atomii de neon sau heliu. Punctul de fierbere al neonului este de -246 °C, în timp ce punctul de fierbere al CH4 este de -161 °C. Acest lucru înseamnă că moleculele de metan sunt mai puternic atrase unele de altele decât atomii de neon. Putem explica acest lucru pe baza faptului că o moleculă de metan este mai mare decât un atom de neon. Deoarece electronii din moleculele de metan sunt dispersați pe o suprafață mai mare și distribuția lor (în spațiu) este mai ușor de distorsionat, spunem că moleculele de metan sunt mai polarizabile. În același timp, deoarece moleculele de metan sunt nepolare, punctul de fierbere al metanului este mult mai mic decât cel al substanțelor alcătuite din molecule polare de dimensiuni similare.79

Să luăm în considerare trei astfel de molecule: HF (pb 19,5 °C), H2O (pb 100 °C) și NH3 (pb -33 °C). Toate trei sunt polare, deci se lipesc între ele, dar de ce există diferențe atât de mari între punctele lor de fierbere? Răspunsul se află în faptul că moleculele interacționează între ele în mai multe moduri. Toate acestea interacționează prin intermediul forțelor de dispersie London și al interacțiunilor dipol-dipol. În plus, este posibil și un nou tip de interacțiune, cunoscută sub numele de legătură de hidrogen (sau legătură H). Termenul de legătură H este oarecum înșelător, deoarece acestea sunt mult mai slabe decât legăturile covalente și nu implică electroni partajați; energia necesară pentru a rupe o legătură de hidrogen tipică este cuprinsă între 5 și 30 kJ/mole, în timp ce este nevoie de peste 400 kJ/mole pentru a rupe o legătură C-C.80 În sistemele biologice și în apa lichidă, legăturile H se rup și se reformează continuu. Legăturile de hidrogen se formează între două molecule separate.81 Spre deosebire de forțele de dispersie London, dar la fel ca legăturile covalente, legăturile H au o direcție; ele se formează atunci când hidrogenul unei molecule, care este legat covalent de un O, N sau F, este atras de perechea singuratică de pe un O, N sau F al unei molecule vecine.

Legăturile H sunt un caz special de interacțiune electrostatică care implică un atom de hidrogen care este legat de un atom foarte electronegativ (de obicei oxigen sau fluor) și un atom electronegativ care are perechi singuratice de electroni. Atunci când un hidrogen este legat în acest mod, cea mai mare parte a densității de electroni se deplasează spre atomul electronegativ, lăsând un δ+ relativ mare pe hidrogen. Apa este un exemplu deosebit de important de moleculă capabilă să se angajeze în legături de hidrogen, deoarece fiecare moleculă de apă are posibilitatea de a forma patru legături H. Fiecare dintre atomii de hidrogen dintr-o moleculă de apă se poate lega de o altă moleculă de apă, în timp ce fiecare atom de oxigen are două perechi singuratice care pot interacționa cu atomii de hidrogen cu deficit de electroni din două molecule de apă vecine diferite, așa cum se arată în figură. Capacitatea de a forma un număr mare și rețele mari de legături de hidrogen este responsabilă pentru multe dintre proprietățile unice ale apei, inclusiv punctul de topire relativ ridicat, punctul de fierbere, capacitatea termică, vâscozitatea și presiunea scăzută a vaporilor. În schimb, HF și NH3 pot forma, în medie, doar două legături H pe moleculă. Vă puteți da seama de ce se întâmplă acest lucru? Deoarece există mai puține legături H de rupt, acestea au puncte de fierbere mai mici. HF are un punct de fierbere mai ridicat decât NH3 deoarece legăturile H din HF sunt mai puternice decât cele din NH3. (Vă puteți da seama de ce?) În plus față de rolul lor în proprietățile de masă ale unor substanțe precum apa, vom vedea că legăturile H joacă un rol critic în organizarea sistemelor biologice, de la structura ADN-ului și a proteinelor, la organizarea membranelor lipidice și a mecanismelor catalitice (dar mai multe despre asta mai târziu).

.