Polaire moleculen die een waterstofatoom bevatten, kunnen elektrostatische bindingen vormen, waterstofbindingen genoemd. Het waterstofatoom is uniek omdat het bestaat uit een enkel elektron rond een enkel proton. Wanneer het elektron wordt aangetrokken door de andere atomen in het molecuul, resulteert de positieve lading van het blootgestelde proton in moleculaire polarisatie.

Met dit mechanisme kunnen dergelijke moleculen sterke waterstofbindingen vormen boven en boven de covalente en ionische bindingen die zijn de basis van de meeste verbindingen. Waterstofbindingen kunnen verbindingen speciale eigenschappen geven en kunnen materialen stabieler maken dan verbindingen die geen waterstofbindingen kunnen vormen.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Polaire moleculen die omvatten een waterstofatoom in een covalente binding hebben een negatieve lading aan het ene uiteinde van het molecuul en een positieve lading aan het andere uiteinde. Het enkele elektron van het waterstofatoom migreert naar het andere covalent gebonden atoom, waardoor het positief geladen waterstofproton wordt blootgesteld. Het proton wordt aangetrokken door het negatief geladen uiteinde van andere moleculen en vormt een elektrostatische binding met een van de andere elektronen. Deze elektrostatische binding wordt een waterstofbinding genoemd.
Hoe polaire moleculen worden gevormd

In covalente bindingen delen atomen elektronen om een stabiele verbinding te vormen. In niet-polaire covalente bindingen worden de elektronen gelijk verdeeld. In een niet-polaire peptidebinding worden elektronen bijvoorbeeld gelijk verdeeld tussen het koolstofatoom van de koolstof-zuurstof-carbonylgroep en het stikstofatoom van de stikstof-waterstofamidegroep.

Voor polaire moleculen worden de elektronen gedeeld in een covalente binding verzamelt zich meestal aan de ene kant van het molecuul, terwijl de andere kant positief wordt geladen. De elektronen migreren omdat een van de atomen een grotere affiniteit heeft voor elektronen dan de andere atomen in de covalente binding. Hoewel de peptidebinding zelf niet-polair is, is de structuur van het geassocieerde eiwit bijvoorbeeld te wijten aan waterstofbindingen tussen het zuurstofatoom van de carbonylgroep en het waterstofatoom van de amidegroep.

Typische covalente binding configuraties paren atomen met verschillende elektronen in hun buitenste schil met die die hetzelfde aantal elektronen nodig hebben om hun buitenste schil te voltooien. De atomen delen de extra elektronen van het vorige atoom, en elk atoom heeft soms een complete buitenste elektronenschil.

Vaak trekt het atoom dat extra elektronen nodig heeft om zijn buitenste schil te voltooien de elektronen sterker aan dan de atoom dat zorgt voor de extra elektronen. In dit geval worden de elektronen niet gelijkmatig gedeeld en brengen ze meer tijd door met het ontvangende atoom. Dientengevolge heeft het ontvangende atoom de neiging een negatieve lading te hebben terwijl het donoratoom positief geladen is. Dergelijke moleculen zijn gepolariseerd.
Hoe waterstofbruggen worden gevormd

Moleculen die een covalent gebonden waterstofatoom bevatten, zijn vaak gepolariseerd omdat het enkele elektron van het waterstofatoom relatief los wordt vastgehouden. Het migreert gemakkelijk naar het andere atoom van de covalente binding, waardoor het enkel positief geladen proton van het waterstofatoom aan één zijde achterblijft.

Wanneer het waterstofatoom zijn elektron verliest, kan het een sterke elektrostatische binding vormen omdat, in tegenstelling tot andere atomen, het heeft geen elektronen meer die de positieve lading afschermen. Het proton wordt aangetrokken door de elektronen van de andere moleculen en de resulterende binding wordt een waterstofbinding genoemd.
Waterstofbindingen in water

De moleculen water, met chemische formule H _{2O, zijn gepolariseerd en vormen sterke waterstofbruggen. Het enkele zuurstofatoom vormt covalente bindingen met de twee waterstofatomen, maar deelt de elektronen niet gelijk. De twee waterstofelektronen brengen het grootste deel van hun tijd door met het zuurstofatoom, dat negatief wordt geladen. De twee waterstofatomen worden positief geladen protonen en vormen waterstofbruggen met de elektronen van de zuurstofatomen van andere watermoleculen.}

Omdat water deze extra bindingen tussen zijn moleculen vormt, heeft het verschillende ongebruikelijke eigenschappen. Water heeft een uitzonderlijk sterke oppervlaktespanning, heeft een ongewoon hoog kookpunt en vereist veel energie om van vloeibaar water in stoom te veranderen. Dergelijke eigenschappen zijn typisch voor materialen waarvoor gepolariseerde moleculen waterstofbruggen vormen