化学自习室移动版

我们知道，结构相似的同系列物质的熔、沸点一般随着其分子量的增大而升高，按此推测，HF、H₂O、NH₃的沸点应比HCl、H₂S、PH₃更低，但实际上却高得多，这种反常现象说明了HF、H₂O、NH₃分子之间存在较大的作用力，人们把这种作用力称为“氢键”。

一、氢键的形成及特点

下面以水分子为例来说明氢键的形成，有水分子中，H和O以共价键结合，由于氧的电负性较大，共用电子对被强烈地引向O原子的一方，而H原子外只有一个电子，被O原子强烈吸引的结果，使它几乎变成"裸露"的氢核，这个半径很小且带正电的"裸核"与另一水分子中O原子的孤电子对相吸引，结果水分子之间就形成氢键而O－H…O缔合在一起。氢键的本质基本上还是静电作用。氢键缔合受温度的制约，温度升高，缔合程度减小，以至于缔合情况消失。

氢只有跟电负性大且原子具有孤电子对的元素化合后，才能形成较强的氢键。氢键能存在于晶体、液体甚至于气体中。能形成氢键的物质很广泛，如水、醇、胺、羧酸、无机酸、水合物、氨合物及对生命有重要意义的物质蛋白质、脂肪、糖等。

    氢键的键能一般在41.84KJ/mol以下，比化学键的键能要小得多，而和分子间作用力的数量级相近，所以氢键是较强的分子间作用力。但氢键又与共价键相似，具有饱和性和方向性，而分子间作用力没有此性质。

二、氢键的类型

1、分子间氢键

一个分子的X－H键与另一个分子的原子Ｙ相结合而成的氢键称为分子间氢键。能形成分子间氢键的物质除HF、H₂O、NH₃外，还有甲酸、乙酸等。另外氢键既可相接为链状，也可以层状或架状形式形成多聚体。如，（HF）_n晶体和NaHCO₃晶体中的氢键呈锯齿状，而冰中的氢键则为四面体架状结构。

2、分子内氢键

一个分子的X－H键与它内部的原子Ｙ相结合而成的氢键称为分子内氢键。如，苯的邻位上有－CHO、－COOH、－OH、－NO₂等可形成氢键自螯合环（氢键角稍偏180°，一般以五元或六元环较为稳定），硝酸分子内也能形成氢键。其情况图示如下：

三、氢键对化合物性质的影响

氢键的强度虽然不如化学键大，但它毕竟是一种较强的有方向的分子间力，因而势必会影响到物质的某些性质。

１、对熔、沸点的影响

①分子间氢键可使物质的熔、沸点升高。因为它们的固体熔化或液体气化时，不仅要破坏分子间的范德华力，还必须提供额外的能量去破坏分子间的氢键。如上面提到的HF、H₂O、NH3的熔、沸点在同族氢化物中反常地高。分子内氢键一般会使熔、沸点降低。

②对溶解度的影响

在极性溶剂中，如果溶质分子和溶剂分子之间能形成氢键，就会促进分子间的结合，导致溶解度增大。如氨在水中的溶解度特大，乙醇能与水以任意比混溶，皆源于此。如果溶液中溶质之间形成氢键，则能造成某种物质的溶解度降低，如钾、钠、铵的碳酸氢盐的溶解度反常地低于其对应的正盐。

③ 对硬度的影响

分子晶体中如有氢键，则会使硬度增大，如冰比一般分子晶体硬度大。

④ 对粘度的影响

液体中如有氢键，则粘滞性增大，如甘油的粘度大就是因为氢键。

⑤ 对酸性的影响

能与水分子形成氢键的酸酸性一般比较弱。如HF要比其它卤酸显著地弱。

总之，氢键是一种比较特殊的作用力，对物质的许多性质都有影响，但对于氢键还有许多问题尚不清楚，需进一步研究。