醫(yī)用化學(xué):第三節(jié)　氫鍵

一、氫鍵的本質(zhì)

氫原子與電負(fù)性很大、半徑很小的原子X（F，O，N)以共價(jià)鍵形成強(qiáng)極性鍵H-X，這個(gè)氫原子還可以吸引另一個(gè)鍵上具有孤對電子、電負(fù)性大、半徑小的原子Y，形成具有X-H…Y形式的物質(zhì)。這時(shí)氫原子與y 原子之間的定向吸引力叫做氫鍵（以H…Y表示)。

氫鍵的本質(zhì)一般認(rèn)為主要是靜電作用。在X-H…Y中，X-H是強(qiáng)極性共價(jià)鍵，由于X的電負(fù)性很大，吸引電子能力強(qiáng)，使氫原子變成一個(gè)幾乎沒有電子云的“裸露”的質(zhì)子而帶部分正電荷。它的半徑特別小，電場強(qiáng)度很大，又無內(nèi)層電子，可以允許另一個(gè)帶有部分負(fù)電荷的Y原子（即電負(fù)性大，半徑小且有孤對電子的原子)充分接近它，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的靜電相互作用而形成氫鍵。

一般分子形成氫鍵必須具備兩個(gè)基本條件：

1．分子中必須有一個(gè)與電負(fù)性很強(qiáng)的元素形成強(qiáng)極性鍵的氫原子。

2．分子中必須有帶孤對電子，電負(fù)性大，原子半徑小的元素。

氫鍵常在同類分子或不同類分子之間形成，叫做分子間氫鍵，如氟化氫、氨水：

二、氫鍵的鍵長和鍵能

氫鍵的鍵長是指X-H…Y中X與Y原子的核間距離。在HF締合而成的（HF)n締合分子中，氫鍵的鍵長為255pm，而共價(jià)鍵（F-H間)鍵長為92pm。由此可得出，H…F間的距離為163pm（255-92)�？梢姎湓�子與另一個(gè)HF分子中的F原子相距是較遠(yuǎn)的。

氫鍵的鍵能是指被破壞H…Y鍵所需要的能量。氫鍵的鍵能約為15-30kJ·mol-1，比一般化學(xué)鍵的鍵能小得多，和范德華力的數(shù)量級相同。氫鍵的強(qiáng)弱與X和Y的電負(fù)性大小有關(guān)。電負(fù)性越大，氫鍵的強(qiáng)弱還和Y的半徑大小有關(guān)，y 的半徑越小，越能接近H-X鍵m.quanxiangyun.cn/pharm/，形成的氫鍵也越強(qiáng)。例如F的電負(fù)性最大，半徑又小，所以F-H…F是最強(qiáng)的氫鍵，O-H…O次之，O-H…N又次之，N-H…N更次之。

三、氫鍵的飽和性和方向性

氫鍵具有飽和性和方向性。氫鍵的飽和性表現(xiàn)在X-H只能和一個(gè)Y原子相對合。因?yàn)镠原子體積小，X、Y都比氫大，所以當(dāng)有另一個(gè)Y原子接近他們時(shí)，這個(gè)Y原子受到X-H…Y上X和Y的排斥力大于受到H原子的吸引力，使得X-H…Y上的氫原子不能再和第二個(gè)Y原子結(jié)合，這就是氫鍵的飽和性。

氫鍵的方向性是指Y原子與X-H形成氫鍵時(shí)，在盡可能的范圍內(nèi)要使氫鍵的方向與X-H鍵軸在同一個(gè)方向，即以H原子為中心三個(gè)原子盡可能在一條直線上。氫原子盡量與Y原子的孤對電子方向一致，這樣引力較大；三個(gè)原子盡可能在一條直線上，可使X與Y的距離最遠(yuǎn)，斥力最小，形成的氫鍵強(qiáng)。

四、氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響。

（一)對沸點(diǎn)和熔點(diǎn)的影響

在同類化合物中，能形成分子間氫鍵的物質(zhì)，其熔點(diǎn)、沸點(diǎn)要比不能形成分子間氫鍵的物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)高些。因?yàn)橐�使固體熔化或液體汽化，不僅要破壞分子間的范德華力，還必須提供額外的能量破壞氫鍵。H2O，HF，NH3的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)比同族同類化合物為高（見表4-3)，因?yàn)樗鼈兌伎尚纬煞肿娱g氫鍵。

表4－3　H2O，HF，NH3及其同族同類化合物的熔、沸點(diǎn)

（二)對溶解度的影響

在極性溶劑中，如果溶質(zhì)分子和溶劑分子之間可以形成氫鍵，則溶質(zhì)的溶解度增大。例如，苯胺和苯酚在水中的溶解度比在硝基苯中的溶解度要大。