¿Por qué se forma un enlace de hidrógeno entre HF pero no en HCl?

Resumen de los conceptos básicos primero: los ‘enlaces de hidrógeno’ se forman entre las moléculas adyacentes cuando el hidrógeno se une covalentemente a un átomo electronegativo fuerte. El átomo electronegativo fuerte tiende a retener una parte más grande del electrón compartido, lo que induce una carga negativa parcial sobre sí mismo y una carga positiva parcial sobre el hidrógeno.

Ahora un hidrógeno con una ligera carga positiva es atraído hacia el átomo electronegativo de la molécula adyacente con una ligera carga negativa. Este es el ‘enlace de hidrógeno’.

Como puedes adivinar, la electronegatividad del átomo unido al hidrógeno es la clave aquí. El átomo necesita tener una electronegatividad lo suficientemente alta como para que pueda inducir una carga negativa parcial sobre sí mismo y una carga positiva parcial sobre el hidrógeno, que luego puede formar ‘enlaces de hidrógeno’ con las moléculas adyacentes. Los únicos dos átomos lo suficientemente electronegativos para crear tales cargas parciales son florina (HF) y oxígeno (H2O).

En teoría, el HCl también debería tener enlaces de hidrógeno, pero la electronegatividad de, aunque todavía es alta, no es lo suficientemente alta como para crear cargas positivas y negativas parciales significativas y, por lo tanto, no tiene enlaces de hidrógeno significativos.

Los enlaces de hidrógeno solo se forman cuando el hidrógeno está unido a lo que yo llamo un FON, en otras palabras, un átomo de flúor, oxígeno o nitrógeno. Y también debe haber otro FON con un par solitario alineado con ese hidrógeno.

Aunque si buscas cloro, puedes encontrar que su electronegatividad es mayor que la del nitrógeno, parece que es el radio atómico de los átomos de FON lo que es importante aquí. F, O y N son átomos particularmente pequeños (a diferencia del cloro). Cuando el par solitario en un FON se alinea con un hidrógeno ligeramente positivo, los núcleos de los dos átomos están muy cerca del par solitario. Por lo tanto, la atracción entre el par solitario y ambos núcleos es particularmente fuerte.

En HF, existe la presencia del átomo de flúor, que es mucho más electronegativo que el átomo de cloro. Mientras que la afinidad electrónica de los átomos de cloro es mucho más que el flúor. Por lo tanto, en el caso de que las moléculas de HF se acerquen entre sí, existe un enlace de hidrógeno entre el átomo de flúor electronegativo y el átomo de hidrógeno vecino. Pero en el caso del HCl, debido al mayor tamaño de cloro y la presencia de orbitales d vacíos, son mucho más propensos a la densidad de electrones, tienen una mayor afinidad por la nube de electrones y tienen menos tendencia a abstraer el protón de la molécula vecina.

Una molécula que tiene enlaces de hidrógeno generalmente sigue estas dos premisas.

1.) Hay un átomo de hidrógeno involucrado

2.) El hidrógeno debe estar unido a un elemento altamente electronegativo que son nitrógeno (NN), flúor (FF) y oxígeno (OO).

Al ver que tanto el oxígeno como el cloro tienen una pequeña diferencia en su electronegatividad (el oxígeno es aproximadamente 3.5 y el cloro es aproximadamente 3.0), ¿por qué el cloro en una molécula de cloruro de hidrógeno (HClHCl) tiene una interacción dipolo-dipolo, mientras que el oxígeno en una molécula de agua (H2OHX2O) hace que la molécula de agua tenga una forma más fuerte de interacción dipolo-dipolo llamada enlace de hidrógeno.