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1.氢键是一种怎样的作用力？为什么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IVA－VIA族元素氢化物沸点(下表所示)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，得到直观的图像：

可以看到：碳族元素氢化物的沸点随相对分子质量的增大逐渐升高。

这容易理解，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)，其分子间力的强弱只跟相对分子质量有关。

而氮族、氧族、卤族元素氢化物除第二周期外，其它各周期元素氢化物的沸点也随相对分子质量增大而升高。

唯独第二周期元素氢化物沸点“反常(突出的高)”。

这似乎可用分子的极性强(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)来解释。

但科学家综合考虑其它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，变为一个“几乎裸露的质子”，于是它能与另一个电负性很大(吸引了其它原子的电子云)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

这种结构称为“氢键”。

氢键的强度远不如共价键，但是比一般分子间作用力强得多。

这样，运用氢键学说，就很好地解释了处于第二周期的N、O、F的氢化物沸点远高于同主族其他因素氢化物的事实。

这里让我们再次强调一下，氢键概念中虽然有个“键”字，但由于其强度远远达不到化学键的范畴，属于分子间作用力的一类。

2.氢键的形成，对物质的性质产生怎样的影响？

第一，影响物质的熔点、沸点。

自身分子间可形成氢键的物质，其熔、沸点往往比跟它相对分子质量差不多的物质高出许多。

除上述氢化物实例外，还可列举很多例子：

醇类(R－OH)、羧酸类化合物(R－COOH)跟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，又有跟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和2个跟O相连的H，符合氢键的形成条件，分子间可形成大量氢键。

第二，氢键的形成对物质的溶解性有影响。

能够彼此间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跟H₂O形成氢键，则该物质易溶于水。

如NH₃具有非常大的溶解度，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，因为它们的分子跟H₂O间极易形成氢键。

有机小分子乙醛(CH₃CHO)的性质，也许可以概括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，但是没有跟O原子直接相连的H，故乙醛自身分子间难以形成氢键，所以跟乙醇(沸点78.5℃)相比，乙醛的沸点很低，只有不到21℃；但是，乙醛分子里的这个O可以跟水分子的H形成氢键，所以乙醛能够以任意比例与H₂O互溶。

第三，对液体物质的粘度(流动性)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，粘度相对较大。这是为什么呢？曾有人猜测跟硫酸密度大有关系，其实不然。

比如，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，粘度大、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。

像硫酸这样，日常用品中，蜂蜜、糖浆、鸡蛋清等都呈粘稠状，也跟分子间氢键有关。

3.理论上讲，氢键强度应该是F—H…F ＞ O—H…O，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分子只有一个H，故每个HF只能参与形成2个氢键，平均每个HF分子至多形成一个氢键(参见下图左)。

而H₂O不然，其O原子有2个孤对电子，且每个H₂O分子有2个H原子，通过上图(右)可以看到，每个H₂O可参与4个氢键的形成，平均每个H₂O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中的氢键密度。

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.分子内氢键是怎么一回事？

一些较大的分子中，若同时含有N、O、F原子以及跟这些原子直接相连的H，则可能形成分子内氢键。

众所周知，生物大分子淀粉、纤维素、蛋白质、核酸等均以螺旋(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的羟基(－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，因只有一个可形成氢键的H，这个H可能与分子内的氧原子间形成氢键(下图所示)，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)。

再如邻羟基苯甲醛和对羟基苯甲醛：

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－可以分别跟水分子发生正常的作用形成水合离子；而HCO₃^－则不然，它自身可以形成如下“分子内氢键”(严格讲，并非分子内)：

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。有兴趣的同学请在课外学习中留意此点。