Question

什么是氢键?如何形成的?

Answer 1

当氢原子与电负性很大而半径很小的原子(如F，O，N)形成共价型氢化物时，由于原子间共有电子对的强烈偏移，氢原子几乎呈质子状态。这个氢原子还可以和另一个电负性大且含有孤对电子的原子产生静电吸引作用，这种引力称为氢键(Hydrogen Bond)。
氢键的组成可用X-H…Y通式表示，式中X，Y代表F，O，N等电负性大而半径小的原子，X和Y可以是同种元素也可以是不同种元素。H…Y间的键为氢键，H…Y间的长度为氢键的键长，拆开1mol H…Y键所需的最低能量为氢键的键能。图1分别表示HF分子之间以及邻硝基苯酚分子内部形成的氢键。前者称分子间氢键，后者称分子内氢键。
氢键不同于分子间力，它有饱和性和方向性。氢键具有饱和性是由于氢的原子半径比X或Y的原子半径小得多，当X-H分子中的H与Y形成氢键后（X-H…Y），H已被电子云所包围，这时若有另一个Y靠近则必被排斥，所以每一个X-H只能和一个Y相吸引而形成氢键。氢键具有方向性是由于Y吸引X-H形成氢键时，将沿X-H键轴的方向，即X-H…Y在一条直线上。这样的方位使X和Y电子云之间的斥力最小，形成的氢键较稳定。

Answer 2

氢键是关于分子间的微弱作用力的，在质子部分远离电子时容易形成。
氢原子的半径较小，一旦带部分正电荷，电荷密度很大，这就增加了其与富电子基团的相互作用。氢键的形成，应该理解为质子的给体、受体之间的相互作用，不应局限在某元素上，实际上，氢键的种类还是十分丰富的：
1、常规氢键
H原子与电负性较高的原子结合时形成的氢键，如F、O、N，Cl和C在一定条件下也可以参与形成氢键。2003年的北京赛区预赛题中有三氯甲烷与苯的派电子形成氢键，可以把CCl3看作高电负性基团，而苯的派电子为很好的质子受体。
2、X－H－派氢键
又叫做芳香氢键，是派电子体系作为质子受体，上面已经顺便说过。这种氢键在生命体重稳定多肽和蛋白质的结构有很重要的作用。
3、X－H－M氢键
具有充满电子的d轨道的过渡金属，如Pt等，能作为质子的受体，和X－H基团形成3c－4e氢键体系。如{(PtCl4)·cis-[PtCl2(NH2Me)2]}2-
中的N－H－Pt氢键指向平面四方形[PtCl4]的中心。
4、X－H－H－Y
当H的电负性介于X和Y之间时，就有可能产生这种氢键，如H3N－BH3。在这里，质子的受体实际上是H－。二氢键体系容易失去H2，可以看作是脱氢过程的中间体。
5、抓氢键
过渡金属与H－H分子形成的3c－4e桥键，结构类似于硼中的3c－4e键，这里就不画了。
其实氢键的种类远比我列举的丰富，在实际研究中，是否存在氢键是由实验测得的，而并不是理论分析。一般来讲，当由H相隔的两个原子间距离小于它们的范德华半径时，就可以认为而这中存在氢键，二原子间总是或多或少存在一些相互作用。故氢键的存在还是很普遍的。