氢键是分子间最基本、最重要的非共价相互作用之一,广泛存在于各种物质之间。它是最重要的分子内相互作用之一,也是维持生命活动的一种重要力量。
氢键是指一个电负性较强的原子上的孤对电子和另一电负性较弱原子上的氢原子上的质子间的作用力引起的相互作用。氢键是分子间非常强的相互作用,因此,相对于松散的van der Waals相互作用和氢键之间的相互作用具有方向性。
氢键的形成有多种学说。从静电学和化学键的观点来看,氢键的形成与它的结构成分有关。在分子中,若存在可氢键形成的基团,形成氢键所需的能量就相对较小。一般来说,亲电性较强的原子(如N、O、F等),由于其核外电子密度大,可形成孤对电子,从而容易与氢原子产生氢键。因此,氢键的形成也与原子的电性有关,能够产生氢键的分子常常带有一定的极性。
最常见的氢键有水分子之间形成的氢键和蛋白质的第二结构α-螺旋和β-折叠的氢键。氢键作为一种基本的相互作用,对于物质的热力学性质和分子之间的相互作用具有重要的参考意义。