不是含有氫元素的分子都存在氫鍵

在HF分子中，H和F原子以共價鍵結合，但因F原子的電負性大，電子雲強烈偏向F原子一方，結果使H原子一端顯正電性。由于H原子半徑很小，又隻有一個電子，當電子強烈地偏向F原子後，H原子幾乎成為一個“裸露”的質子，因此正電荷密度很高，可以和相鄰的HF分子中的F原子産生靜電吸引作用，形成氫鍵。氟化氫的氫鍵表示為F－H……F（圖7-30）

不僅同種分子間可形成氫鍵，不同種分子間也可以形成氫鍵，NH₃和H₂O間的氫鍵如下：

氫鍵通常用表示X－H……Y，X和Y代表F、O、N等電負性大，半徑較小的原子。

除了分子間的氫鍵外，某些物質的分子也可以形成分子内氫鍵如：鄰硝基苯酚、NaHCO₃晶體等。（見圖7-31）

總之，分子欲形成氫鍵必須具備兩個基本條件，其一是分子中必須有一個與電負性很強的元素形成強極性鍵的氫原子。其二是分子中必須有帶孤電子對，電負性大，而且原子半徑小的元素。

（1）氫鍵具有方向性。它是指Y原子與X－Y形成氫鍵時，盡可能使氫鍵的方向與X－H鍵軸在同一條直線上，這樣可使X與Y的距離最遠，兩原子電子雲間的斥力最小，因此形成的氫鍵愈強，體系愈穩定。

（2）氫鍵具有飽和性。它是指每一個X－H隻能與一個Y原子形成氫鍵。這是因為氫原子的半徑比X和Y的原子半徑小很多，當X－H與一個Y原子形成氫鍵X－H……Y之後，如有另一個極性分子Y原子接近時，則這個原子受到X、Y強烈排斥，其排斥力比受正電荷的H的吸引力大，故這個H原子未能形成第二個氫鍵。

氫鍵不同于化學鍵，其鍵能小，鍵長較長。氫鍵的鍵能主要與X、Y的電負性有關，還與存在于不同化合物有關。一般，電負性越大，氫鍵越強；氫鍵的鍵能還與Y的原子半徑有關，半徑越小，鍵能越大。如F－H……F為最強的氫鍵，O－H……O，O－H……N，N－H……N的強度依次減弱，Cl的電負性與N相同，但半徑比N大，隻能形成很弱的氫鍵O－H……Cl、Br、I不能形成氫鍵。

氫鍵廣泛存在，如水、醇、酚、酸、羧酸、氨、胺。氨基酸、蛋白質、碳水化合物等許多化合物都存在氫鍵。氫鍵對物質的影響也是多方面的。

（1）對物質熔、沸點的影響。分子間形成氫鍵使物質的熔沸點升高。如圖7-32這是由于要使液體氣化或使固體液化都需要能量去破壞分子間氫鍵的緣故。

凡是與熔、沸點有關的性質如熔化熱、汽化熱、蒸氣壓等的變化情況都與上面讨論的情況相似。

分子内形成氫鍵，常使其熔、沸點低于同類化合物的熔、沸點。

（2）對水和冰密度的影響。水除了熔、沸點顯著高于同族外，還有另一個反常現象，就是它在4℃ 時密度最大。這是因為在4 ℃以上時，分子的熱運動是主要的，使水的體積膨脹，密度減小；在4℃ 以下時，分子間的熱運動降低，形成氫鍵的傾向增加，形成分子間氫鍵越多，分子間的空隙越大。當水結成冰時，全部水分子都以氫鍵連接，形成空曠的結構。見圖7-23

在冰中每個H原子都參與形成氫鍵，結果使水分子按四面體分布，每個氧原子周圍都有四個氫。這樣的結構空曠3，密度也降低3。

（3）對物質溶解度的影響。在極性溶劑中，如果溶質分子與溶劑分子之間形成氫鍵，則溶質的溶解度增大。如HF、NH₃極易溶于水。如果溶質分子形成分子内氫鍵，在極性溶劑中溶解度減小，而在非極性溶劑中溶解度增大。

用水龍來吸收洩漏的氨氣

（4）對蛋白質構型的影響。在多肽鍊中由于＞C=O和＞N-H 可形成大量的氫鍵（N－H……O），使蛋白質分子按螺旋方式卷曲成立體構型，稱為蛋白質的二級結構（見圖7-34）。可見氫鍵對蛋白質維持一定空間構型起着重要作用。

（5）對物質酸性的影響。分子内形成氫鍵，往往使酸性增強。如：苯甲酸Ka=6.2×10^-12；若在鄰位上代有羟基，得鄰羟基苯甲酸的Ka=9.9×10^-11，如在羧基左右兩邊都代上羟基，得到的2，6－二羟基苯甲酸的Ka=5×10^-9，這是由于羧基（－OH）上的氫與羧基（－COOH）上的氧形成了分子内氫鍵，從而促進了氫的解離。