当氢原子“赤裸”的时候

当氢原子“赤裸”的时候

在化学发展史上，以反常现象为突破口，进行深入探索、悉心钻研，最终有所建树的事例屡见不鲜。正是这种见微知著的胆识和锲而不舍的精神，成为推动化学学科发展的重要力量。

水的熔沸点比氧族的硫、硒、碲、氢化物的熔沸点本应该低，但实际却要高出许多，氨和氟化氢的情况也相仿（图2－10），这显然是违反了常规。凡是反常现象，必有其内在根源，若能追根溯源，必有新发现。

原来在HF、H₂O、NH₃分子之间存在着“氢键”，氢键键能的大小介于化学键键能和分子间力之间。我们还是以水为例说明氢键是怎样形成的。

图2－10　四、五、六、七主族元素氢化物的沸点

每一个H₂O分子中都有两个H—O键，因为O原子个头小，吸引电子的能力又很强，它总是把与H共用的电子对拼命往自己这边拉扯，使H原子核外唯一的电子大大地偏靠O原子一边，H原子几乎成了一个裸露的原子核。正当此时，如果另有一个H₂O分子靠近它，这个裸核就会与这靠近的H₂O分子中O原子上的一对孤对电子产生静电吸引力。这个力大到一定程度就形成了键，这个键是靠氢把两个分子中的两个氧原子拉在一起，所以叫做氢键。它的键长为276皮米。

上述氢键属于分子间氢键。此外还有分子内氢键，如：邻硝基苯酚分子内，依靠裸氢和O、N原子相连，就构成了分子内氢键。

形成氢键的非金属元素要符合两个条件：第一是吸引电子的能力要足够强；第二是原子个头要足够小。周期表中所有的非金属元素中只有F、O、N有资格中选。

HF、H₂O、NH₃之所以与它们本族元素的氢化物的熔沸点相比都反常的高。就是由于这些分子间存在氢键，是凝聚容易拆散难的根源所在。NH₃在水中溶解度特别大，是因为NH₃与H₂O之间可以形成氢键，而PH₃在水中溶解度特别小，必是不能与H₂O形成氢键。邻位的硝基苯酚的挥发性大于间位和对位，是因为邻位中—OH与—NO₂距离近，可以形成分子内氢键；而间位和对位硝基苯酚的—OH与—NO₂相距较远只能形成分子间氢键的缘故。

随着生命科学研究的深入进行，人们对蛋白质和DNA（脱氧核糖核酸）结构的认识愈来愈透彻，发现蛋白质和DNA分子中存在着大量分子内和分子间氢键，是使得这些生物大分子能够稳定存在的重要因素。而这些生物大分子又负担着机体内贮存营养、传递信息等各种生物功能。可见，氢键对生命过程有着巨大贡献，恐怕这是当初氢键理论的创始者们也未曾预料到的。