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1、氢键是一种怎样的作用力？为何要特别提出氢键这个概念？

“氢键”不是化学键，它只是一类较强的分子间作用力．氢键概念的提出，是科学家在研究物质结构与性质关系的过程中，发现新问题、解决新问题的创造性思维的体现．

让我们以第ⅣA～ⅦA族元素氢化物沸点(表1)递变规律为例，初步说明科学家提出氢键学说的思维过程．

把上述有关数据描点连线，得到直观的图象，如图1所示．

可以看到：碳族元素氢化物的沸点随相对分子质量的增大而逐渐升高．这比较容易理解，因为碳族元素氢化物分子均为非极性分子(极性相同)，且分子均为正四面体型结构(分子形状也相同)，其分子间作用力的强弱只与相对分子质量有关．

氮族、氧族、卤族元素的氢化物除第二周期外，其他各周期元素氢化物的沸点也随相对分子质量的增大而逐渐升高，唯独第二周期元素氢化物沸点“反常(突出地高)”．这似乎可用分子的极性强来解释(相对于相对分子质量的影响，分子极性所起作用占主导地位)．但科学家综合考虑其他一些类似含氢化合物的各方面性质，提出了氢键学说：当 H 原子与电负性很大、半径很小的 X(F、O、N)原子结合时，电子云被对方强烈吸引，变成一个“几乎裸露的质子”，它能与另一个电负性很大(吸引了其他原子的电子云)且外层有孤对电子的Y(F、O、N 等)原子产生较强的相互作用，形成 X－H…Y结构，此结构称为氢键．氢键的强度远不如共价键，但比一般分子间作用力强得多．这样，运用氢键学说，就能很好地解释处于第二周期的 N、O、F的氢化物沸点远高于同主族其他元素氢化物的事实．

2、氢键的形成，对物质的性质产生怎样的影响？

a)对物质的熔点、沸点有影响．自身分子间可形成氢键的物质，其熔、沸点往往比与其相对分子质量差不多的物质高出许多．

除前文所述氢化物外，还可列举很多例子：醇类(R－OH)、羧酸类化合物(R－COOH)和相对分子质量与之相当的烃类( C_xH_y)比，熔点、沸点高出很多，原因就是其分子中既有原子半径小、电负性大的氧原子，又有与氧原子直接相连的氢原子，容易形成分子间氢键．

硫酸是一种难挥发性的酸，说明其沸点极高．从其分子结构

可知，硫酸分子中含有4个 O 原子和2个与 O 原子相连的 H 原子，符合氢键的形成条件，分子间可形成大量氢键．

b)对物质的溶解性有影响．能够彼此形成氢键的物质之间，容易相互溶解．如果某物质的分子可以与H₂O 形成氢键，则该物质易溶于水．

如 NH₃具有非常大的溶解性，就可以用氢键理论 加 以 解 释． 再 如，乙 醇 (C₂H₅－OH)、乙 酸(CH₃COOH)、硫酸(HO－SO₂－OH)等结构中含有羟基(－OH)的小分子化合物，都能够以任意比例溶解于水，因为它们的分子与H₂O 间极易形成氢键．有机小分子乙醛(CH₃CHO)的性质，也可运用上述两方面的论述．

乙醛的结构为

它有一个电负性大而半径小的 O 原子，但是没有与 O 原子直接相连的 H 原子，故乙醛自身分子间难以形成氢键，所以和 乙 醇 (沸 点 78.5 ℃)相 比，乙 醛 的 沸 点 很低，只有不到21℃；但是，乙醛分子里的 O 原子可以与水分子中的 H 原子形成氢键，所以乙醛能够以任意比例与 H₂O 互溶．

c)对液体物质的黏度有影响．

我们知道，硫酸是一种油状液体，这说明它的流动性较差，黏度相对较大．这是为什么呢？曾有人猜测与硫酸密度大有关系，其实不然．CCl₄的密度很大，但是 CCl₄的流动性比硫酸、甚至比水都要好很多．硫酸等作为小分子化合物，黏度大、流动性差，正是由于分子间氢键较强的缘故．

另外，氢键的形成还会使一些小分子物质在蒸气中呈现二聚甚至多聚分子．比如水蒸气里大量存在着二聚物［(H₂O)₂］甚至三聚物［(H₂O)₃］等；醋酸蒸气中含有二聚分子［(CH₃COOH)₂］．

3、理论上讲，氢键强度应该 是 F－H…F 比O－H…O强，但沸点却是H₂O＞HF，这如何理解？

让我们试着从微观层面来分析这个问题．HF分子中，虽然F原子最外层有3个孤对电子，但是每个 HF分子有1个 H 原子，故每个 HF分子只能参与形成2个氢键，平均每个 HF 分子至多形成1个氢键，如图2所示．

而 H₂O 分子则不然，O 原子有2个孤对电子，且每个 H₂O 分子有2个 H 原子，通过图3可以看到，每个 H₂O 分子可参与4个氢键的形成，平均每个 H₂O分子可形成2个氢键．也就是说，水中氢键的密度要远大于液态 HF中氢键的密度．这样，破坏 H₂O 分子间氢键需要的能量就比破坏 HF分子间氢键需要的能量多．

4、分子内氢键是怎么回事？

一些较大的分子中，若同时含有N、O、F 原子以及与这些原子直接相连的H 原子，则可能形成分子内氢键．众所周知，淀粉、纤维素、蛋白质、核酸等大分子物质均以螺旋(双螺旋)形式存在，其重要原因就是这些高分子内的链节上有规律地排列着羟基(－OH)、氨基(－NH₂)等，它们之间相互通过氢键作用，使得分子发生了卷曲．对于一些小分子化合物来说，如果形成分子内氢键，则往往因此影响了分子间氢键的强度，致使其熔点、沸点降低．无机化学里常常用分子内氢键学说解释 HNO3的沸点比水低．　

硝酸的结构为 HO－NO₂，因为只有1个可形成氢键的H 原子，这个 H原子可能与分子内的 O 原子间形成氢键，如图4 所示，于是影响了分子间氢键的强度．故HNO₃的沸点并不是非常高 (83 ℃，这比相对分子质量比它还小的水的沸点要低一些)．

再如邻羟基苯甲醛(图5)的熔点为－7℃和对羟基苯甲醛(图6)的熔点为118℃．二者互为同分异构体，但熔点差异巨大．原因在于，邻羟基苯甲醛易形成分子内氢键，导致分子间氢键大为减弱，故熔点显著低于对羟基苯甲醛．

另外，如果溶质分子形成分子内氢键，则往往使其在水中的溶解度减小．比如 NaHCO₃的溶解度就比 Na₂CO₃ 小得多，这是因为Na₂CO₃ 溶解后，Na^＋、CO₃^2－可以分别与水分子发生正常的作用形成水合离子；而 HCO₃^－则不然，它自身可以形成如图7所示的分子内氢键．这严重影响了 HCO₃^－与 H₂O 间氢 键 的 形 成， 故 而NaHCO₃ 的溶解度比 Na₂CO₃ 显著减小．

另外，分子内氢键的形成对于物质的化学性质也会产生一定的影响，有兴趣的同学可以在课外学习中留意此点。