什么是氢键

氢键是分子间作用力的一种，是一种永久偶极之间的作用力，氢键发生在已经以共价键与其它原子键结合的氢原子与另一个原子之间（X-H…Y），通常发生氢键作用的氢原子两边的原子（X、Y）都是电负性较强的原子。

氢键既可以是分子间氢键，也可以是分子内的。其键能最大约为200kJ/mol，一般为5-30kJ/mol，比一般的共价键、离子键和金属键键能要小，但强于静电引力。氢键对于生物高分子具有尤其重要的意义，它是蛋白质和核酸的二、三和四级结构得以稳定的部分原因。

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氢键的影响

1、氨在水中的非常大的溶解度与它和水分子间的氢键有关。

2、甘油、无水磷酸和硫酸具有较大的黏度。

3、邻硝基苯酚中存在分子内氢键，因此熔点较间硝基苯酚和对硝基苯酚低。

4、冰中水分子在冰晶体结构中空间占有率较低，因而冰密度较小，甚至小于水。

5、冰中每个水分子都按四面体方向参与形成4个O-H…O氢键。冰的熔化热为5.0kJ/mol，而冰中氢键键能为18.8kJ/mol，因此刚熔化的水中仍有大量的氢键。在4℃时，水氢键断裂（密度增大）和受热分子间距增大（密度减小）的趋势相等，因此4℃时水密度最大。这个温度对于水中生物至关重要，它保证了冬季时水中生物不至于因为水结冰而死亡。

6、分子内形成氢键常使酸性增强。如苯甲酸的Ka=96.2×10﹣¹²，而邻羟基苯甲酸的Ka=9.9×10-¹¹，2,6-二羟基苯甲酸可在分子内形成两个氢键，它的Ka=5×10﹣9。其原因是分子内氢键的形成，促进了氢的解离。

7、结晶水合物中存在由氢键构建的类冰骨架，其中可装入小分子或离子，参见甲烷气水包合物。

参考资料来源：百度百科-氢键

氢原子与电负性大的原子X以共价键结合，若与电负性大、半径小的原子Y（O F N等）接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H…Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用，称为氢键。

氢键既可以是分子间氢键，也可以是分子内的。其键能最大约为200kJ/mol，一般为5-30kJ/mol，比一般的共价键、离子键和金属键键能要小，但强于静电引力。

氢键对于生物高分子具有尤其重要的意义，它是蛋白质和核酸的二、三和四级结构得以稳定的部分原因。

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氢键的分类

一、分子间氢键

分子间有氢键的液体，一般粘度较大。例如甘油、磷酸、浓硫酸等多羟基化合物，由于分子间可形成众多的氢键，这些物质通常为粘稠状液体。熔点、沸点分子间有氢键的物质熔化或气化时，除了要克服纯粹的分子间力外，还必须提高温度，额外地供应一份能量来破坏分子间的氢键，所以这些物质的熔点、沸点比同系列氢化物的熔点、沸点高。

二、对称氢键

通常氢是通过共价键与X原子相连，并通过较长和较弱的“氢链”与Y原子连接，即使X与Y是相同的元素，X-H和H…Y距离也往往不相等。但在M+HA2−型的酸式盐中，其中A是F−或某些有机酸（如乙酸和苯甲酸），氢原子恰好处于X和Y原子的中心（X-H…Y）。这一类例子被称作对称氢键，它们往往键能较大，键长较短。

对称氢键和不对称氢键的现象往往难以解释。一个比较认同的解释是，将FHF−离子中的氢键看成氢桥，类似于乙硼烷中的BHB硼桥键。只不过硼桥键是三中心两电子键，而氢桥键是三中心四电子键。

三、双氢键

1995年以来，报道了许多种分子间存在一种被称为双氢键的新型分子间力，可用通式AH…HB表示。双氢键的键长一般小于220pm，极限可能为270pm，键能从n~n*10kJ/mol不等，相当于传统分子间力能量数量级。

双氢键的一些例子包括：BH4−…HCN、BH4−…CH4、LiH…NH4、LiH…HCN、LiH…HC≡CH，CH4…H-NH3+和H-Be-H…H-NH3等，其中以BH4−…HCN双氢键的键长为最短（171pm），键能也最高（75.44kJ/mol），远大于水和HF间的氢键键能。目前对双氢键的研究还不是很深入。

参考资料来源：百度百科-氢键

答：氢键
氢键的形成
⑴ 同种分子之间
现以HF为例说明氢键的形成。在HF分子中，由于F的电负性（4.0）很大，共用电子对强烈偏向F原子一边，而H原子核外只有一个电子，其电子云向F原子偏移的结果，使得它几乎要呈质子状态。这个半径很小、无内层电子的带部分正电荷的氢原子，使附近另一个HF分子中含有孤电子对并带部分负电荷的F原子有可能充分靠近它，从而产生静电吸引作用。这个静电吸引作用力就是所谓氢键。例如 HF与HF之间：
⑵ 不同种分子之间
不仅同种分子之间可以存在氢键，某些不同种分子之间也可能形成氢键。例如 NH3与H2O之间：
氢键形成的条件
⑴ 与电负性很大的原子A 形成强极性键的氢原子
⑵ 较小半径、较大电负性、含孤电子对、带有部分负电荷的原子B (F、O、N)
氢键的本质: 强极性键(A-H)上的氢核, 与电负性很大的、含孤电子对并带有部分负电荷的原子B之间的静电引力。}
⑶ 表示氢键结合的通式
氢键结合的情况如果写成通式，可用X－H…Y①表示。式中X和Y代表F，O，N等电负性大而原子半径较小的非金属原子。
X和Y可以是两种相同的元素，也可以是两种不同的元素。
⑷ 对氢键的理解
氢键存在虽然很普遍，对它的研究也在逐步深入，但是人们对氢键的定义至今仍有两种不同的理解。
第一种把X－H…Y整个结构叫氢键，因此氢键的键长就是指X与Y之间的距离，例如F－H…F的键长为255pm。
第二种把H…Y叫做氢键，这样H…F之间的距离163pm才算是氢键的键长。这种差别，我们在选用氢键键长数据时要加以注意。
不过，对氢键键能的理解上是一致的，都是指把X－H…Y－H分解成为HX和HY所需的能量。
2．氢键的强度
氢键的牢固程度——键强度也可以用键能来表示。粗略而言，氢键键能是指每拆开单位物质的量的H…Y键所需的能量。氢键的键能一般在42kJ·mol-1以下，比共价键的键能小得多，而与分子间力更为接近些。例如, 水分子中共价键与氢键的键能是不同的。
而且，氢键的形成和破坏所需的活化能也小，加之其形成的空间条件较易出现，所以在物质不断运动情况下，氢键可以不断形成和断裂。
3．分子内氢键
某些分子内，例如HNO3、邻硝基苯酚分子可以形成分子内氢键。分子内氢键由于受环状结构的限制，X－H…Y往往不能在同一直线上。如图所示
4．氢键形成对物质性质的影响
氢键通常是物质在液态时形成的，但形成后有时也能继续存在于某些晶态甚至气态物质之中。例如在气态、液态和固态的HF中都有氢键存在。能够形成氢键的物质是很多的，如水、水合物、氨合物、无机酸和某些有机化合物。氢键的存在，影响到物质的某些性质。
（1）熔点、沸点
分子间有氢键的物质熔化或气化时，除了要克服纯粹的分子间力外，还必须提高温度，额外地供应一份能量来破坏分子间的氢键，所以这些物质的熔点、沸点比同系列氢化物的熔点、沸点高。分子内生成氢键，熔、沸点常降低。例如有分子内氢键的邻硝基苯酚熔点（45℃）比有分子间氢键的间位熔点（96℃）和对位熔点（114℃）都低。
（2）溶解度
在极性溶剂中，如果溶质分子与溶剂分子之间可以形成氢键，则溶质的溶解度增大。HF和HN3在水中的溶解度比较大，就是这个缘故。
（3）粘度
分子间有氢键的液体，一般粘度较大。例如甘油、磷酸、浓硫酸等多羟基化合物，由于分子间可形成众多的氢键，这些物质通常为粘稠状液体。
（4）密度
液体分子间若形成氢键，有可能发生缔合现象，例如液态HF，在通常条件下，除了正常简单的HF分子外，还有通过氢键联系在一起的复杂分子(HF)n。 nHF(HF)n
其中n可以是2，3，4…。这种由若干个简单分子联成复杂分子而又不会改变原物质化学性质的现象，称为分子缔合。分子缔合的结果会影响液体的密度。
H2O分子之间也有缔合现象。 nH2O(H2O)n
常温下液态水中除了简单H2O分子外，还有(H2O)2，(H2O)3，…，(H2O)n等缔合分子存在。降低温度，有利于水分子的缔合。温度降至0℃时，全部水分子结成巨大的缔合物——冰。
氢键形成对物质性质的影响
分子间氢键使物质的熔点(m.p)、沸点(b.p)、溶解度(S)增加; 分子内氢键对物质的影响则反之。

氢键是指分子中与电负性很大的原子X以共价键相连的H原子和另一分子中的一个电负性很大的原子Y之间形成的一种弱键：X—H…Y。X，Y最常见的为F，O，N，有时可为Cl，S等。当H原子与X共价结合时，由于X电负性很大，强烈吸引价电子，使H带部分正电荷，这个半径很小的H与有孤对电子而电负性较强的Y原子接触时，既有静电作用，又有共价作用而形成氢键。

氢键有以下特点：①键能在10～40kJ·mol-1范围内，因此远比化学键弱，却比范德华力稍强的键。氢键键长是指X到Y的距离，它比共价键键长大得多，但是比范德华半径之和要小。②具有方向性和饱和性：形成氢键的3个原子中X与Y尽量远离，其键角常在120°～180°，H的配位数为2。

氢键的存在使水具有很多反常性质。例如凝结成冰时的反常膨胀，沸点高，密度大，热容量大。氢键不仅能存在于分子间，也能存在于分子内。如邻-硝基苯酚通过分子内氢键形成一个闭合二员环： 结果它的沸点(45℃)比对位或间位的硝基苯酚(96°或114℃)要低，在水中的溶解度也较小。氢键的存在相当普遍，从水、醇、酚、酸、碱及胺等小分子到复杂的蛋白质等生物大分子都可形成氢键。氢键的存在直接影响分子的结构，构象、性质与功能，因此研究氢键对认识物质具有特殊的意义。