成键

氢键通常可用X-H…Y来表示。其中X以共价键与氢相连，具有较高的电负性，可以稳定负电荷，因此氢易解离，具有酸性（质子给予体）。而Y则具有较高的电子密度，一般是含有孤对电子的原子，容易吸引氢原子，从而与X和H原子形成三中心四电子键。

键能

氢键键能大多在25-40kJ/mol之间。一般认为键能<25kJ/mol的氢键属于较弱氢键，键能在25-40kJ/mol的属强度等强度氢键，而键能>40kJ/mol的氢键则是较强氢键。 曾经有一度认为最强的氢键是[HF 2 ] 中的FH…F 键，计算出的键能大约为169kJ/mol。 而事实上，用相同方法计算甲酸和氟离子间的[HCO 2 H…F ]氢键键能，结果要比HF 2 的高出大约30kJ/mol。

常见氢键的平均键能数据为：

F—H … :F （155 kJ/mol 或 40 kcal/mol）

O—H … :N （29 kJ/mol 或 6.9 kcal/mol）

O—H … :O （21 kJ/mol 或 5.0 kcal/mol）

N—H … :N （13 kJ/mol 或 3.1 kcal/mol）

N—H … :O （8 kJ/mol 或 1.9 kcal/mol）

HO—H … :OH 3 （18 kJ/mol 或 4.3 kcal/mol）

成键原子

典型的氢键中，X和Y是电负性很强的F、N和O原子。但C、S、Cl、P甚至Br和I原子在某些情况下也能形成氢键 ，但通常键能较低。

碳在与数个电负性强的原子相连时也有可能产生氢键。例如在氯仿CHCl 3 中，碳原子直接与三个氯原子相连，氯原子周围电子云密度较大，因而氢原子周围即带有部分正电荷，碳也因此参与了氢键的形成，扮演了质子供体的角色。

芳香环、碳碳叁键或双键在某些情况下都可作为电子供体，与强极性的X-H（如-O-H）形成氢键。

方向

X-H…Y不需要，也往往不是严格的直线。 哪怕不算分叉的氢键，一对一的氢键中也有很多键角处在150°-180°之间的情况，氟化氢长链中的氢键即是一例。

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 HA 2 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。

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：BH 4 …HCN、BH 4 …CH 4 、LiH…NH 4 、LiH…HCN、LiH…HC≡CH，CH 4 …H-NH 3 和H-Be-H…H-NH 3 等，其中以BH 4 …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。

影响

液态水模拟图。照片中心的分子引出的的蓝色虚线代表氢键。

氢键的影响包括：

与同族的化合物相比，NH 3、H 2 O和HF具有反常高的熔点和沸点。

氨在水中的非常大的溶解度与它和水分子间的氢键有关。

甘油、无水磷酸和硫酸具有较大的黏度。

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。

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。

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。

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。

C=O…H-N氢键使蛋白质形成α螺旋。

DNA(脱氧核糖核酸)中两条链的碱基通过氢键配对，而氢键的饱和性和方向性使得双螺旋的碱基配对具有专一性，即A-T靠2个氢键配对而C-G靠3个氢键配对，如下图：

参见

分子间作用力

范德华力

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