氢键

常以二聚体形成存在]]
的烯醇式结构借分子内氢键得以稳定]]
氫鍵是分子間作用力的一種，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。氢键既可以是借錢去做加強间氢键，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。

成键
氢键通常可用X-H…Y來表示。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，一般是含有孤电子对的原子，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。一般认为键能小於25kJ/mol的氢键属于较弱氢键，键能在25-40kJ/mol的属于中等强度氢键，而键能大於40kJ/mol的氢键则是较强氢键。 曾经有一度认为最强的氢键是[HF2]−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[HCO2H…F−]氢键键能，结果要比HF2−的高出大约30kJ/mol。

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|+常见氢键的气态解离能数据，单位为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 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。

分子間氫鍵
*醇、酚、羧酸、胺、醯胺、醣類均常有。
*常形成二聚體或聚合物，尤其在低極性溶液或蒸氣狀態時。例如：乙酸二聚體、氟化氫鏈狀聚合物與環狀六聚體。
*常形成空洞結構降低固態密度。例如：冰中每個水分子都按四面體方向參與4個O-H…O氫鍵，平均每分子二氫鍵，鍵能18.8kJ/mol。水分子在晶體結構中空間占有率較低，存在六邊形空洞，故冰的密度較小。熔化時破壞部分氫鍵，熔化熱5.0kJ/mol，故剛熔化的水中仍有大量的氫鍵，並隨溫度增高更多氫鍵斷裂，使密度增大。在4℃時，受熱使分子間距增大造成密度減小的趨勢與受熱使氫鍵斷裂造成密度增加的趨勢相等，因此此時水密度最大。這個溫度對於水中生物至關重要，它保證了冬季時水中生物不至於因為水結冰而死亡。
*常增加表面張力，分子間氫鍵形成彈性薄膜。例如水。
*常增加比熱，因為受熱時氫鍵吸收能量斷裂。例如水。
*常增加莫耳汽化熱與沸點，因汽化須破壞氫鍵。例如：
**PH33333，NH3有氫鍵故沸點上升（惟氫鍵較弱），其餘依分子量。
**H2S2Se2Te2O，H2O有氫鍵故沸點上升，其餘依分子量。
**HCl乙二醇黏度>乙醇黏度。
*常見於，羥基的H，與苯環上鄰位，或順式鏈（包含無分順反的鏈）同側上（包含無分側之可旋轉單鍵上）的羰基（包含酮基、羧基、醛基等中的羰基）、硝基或另一羥基的O，或鹵取代基（通常是氟），形成氫鍵。例如：順丁烯二酸（順式羧基H-羧基O）、2-羥基苯甲酸（鄰位羥基H-羧基O）、2-羥基苯甲醛（鄰位羥基H-醛基O）、2-氟苯甲酸（鄰位羧基H-氟取代基）、1,2-苯二酚（鄰位羥基H-羥基O）、2-硝基苯酚（鄰位羥基H-硝基N）、丙二酸（可旋轉鏈羧基H-羧基O）、2-羥基苯乙酮（鄰位羥基H-酮基O）。
*常形成聚合物，並常為螺旋狀。例如：C=O…H-N氫鍵使蛋白質形成α螺旋、DNA或RNA的兩條鏈的含氮鹼基通過氫鍵配對，而氫鍵的飽和性和方向性使得雙螺旋的鹼基配對具有專一性，即A-T靠2個氫鍵配對而C-G靠3個氫鍵配對。

参见
*凡得瓦力
*分子间作用力
*分子內作用力

参考资料
外部链接
*[https://web.archive.org/web/20060414131118/http://www.chem.pku.edu.cn/bianj/paper/05/19.pdf 氢键及氢键理论研究的历史回顾]
*[https://web.archive.org/web/20160304060059/http://jpkc.nwu.edu.cn/pthx/papers/papers/12.pdf 氢键对物质结构和性质的影响及其应用前景]
*[http://www.lsbu.ac.uk/water/hbond.html 水中的氢键（英文）]