模拟液态水的快照。图片中央分子的四条细绿线代表氢键。 在化学，一个氢键是一种有吸引力的类型分子间作用力存在于两者之间部分 电荷极性相反。尽管比大多数其他人都强分子间作用力，典型的氢键比离子键和共价键.在高分子例如蛋白质和核酸类它可以存在于同一分子的两个部分之间，并且图形是对此类分子整体形状的重要约束。
正如“氢键”这个名字所暗示的，键的一部分包括氢 原子氢原子必须附着在其中一种元素上氧气,氮或氟，所有这些都很强大电负性的
杂原子这些键合元素被称为氢键捐赠者。这种电负性元素从氢原子核周围吸引电子云，通过分散电子云，使原子带有正的部分电荷。由于氢相对于其他原子和分子的尺寸较小，因此产生的电荷虽然只是部分电荷，但却代表着较大的电荷密度。当这种强正电荷密度吸引单线对电子对另一个杂原子变成氢键受体.
然而，氢键不像点电荷之间的简单吸引力。它具有一定程度的取向偏好，可以证明它具有共价键的某些特征。当受体结合来自更多电负性施主的氢时，这种共价性趋于极端。
氢键中的强共价性引发了这样的问题：“氢对哪个分子或原子起作用核归属？”和“哪个应该标记为‘供体’，哪个应该标记为‘受体’？“根据化学惯例，供体通常是在供体和受体分离时，氢原子核（或质子)不会导致原子的正电荷增加。同时，受体是通过保留带正电荷的质子而变得更为正的原子或分子。显示氢键的液体称为伴生液体.
氢键的强度可以从很弱（1-2 kJ mol−1)至极强（40 kJ mol−1)，强到与共价键无法区分，如在离子HF中2−。典型值包括：
- O-H公司...：N（7千卡/摩尔）
- O-H公司...：O（5千卡/摩尔）
- 北半球...：N（3千卡/摩尔）
- 北半球...：O（2千卡/摩尔）
氢键的长度取决于键的强度、温度和压力。粘结强度本身取决于温度、压力、粘结角度和环境（通常以局部电介质常数）。水中氢键的典型长度为1.97º（197 pm）。
水中的氢键
氢键最普遍，也可能是最简单的例子是发现于水分子。在离散的水分子中，水有两个氢原子和一个氧原子。两个水分子可以在它们之间形成氢键；当只有两个分子存在时，最简单的情况称为二聚水通常用作模型系统。当存在更多的分子时，就像液态水中的情况一样，可能会有更多的键，因为一个水分子的氧有两个孤立的电子对，每个电子对都可以与另外两个水分子上的氢形成氢键。这可以重复，这样每个水分子都可以与多达四个其他分子氢键连接，如图所示（两个通过其两个孤对，两个通过它的两个氢原子）
液体水很高沸点这是由于每个分子的氢键数量相对较低分子质量水是独一无二的，因为它的氧原子有两个孤对和两个氢原子，这意味着水分子的键总数最多可达四个。例如，氟化氢——在F原子上有三个孤对，但只有一个H原子——总共只能有两个键(氨有相反的问题：三个氢原子，但只有一个孤对）。
- 氢-氟...氢-氟...氢-氟
液态水中分子参与的氢键的确切数量随着时间的推移而波动，并取决于温度。发件人提示4P在25°C的液态水模拟中，估计每个水分子平均参与3.59个氢键。在100°C时，由于分子运动增加和密度降低，该值降至3.24，而在0°C时平均氢键数增至3.69(摩尔物理学。 1985,56, 1381). 最近的一项研究(化学杂志。物理 2005,123，104501）发现了数量少得多的氢键：25°C时为2.357。差异可能是由于使用了不同的方法来定义和计算氢键。
如果键的强度更相等，人们可能会发现两个相互作用的水分子的原子被分成两部分多原子离子特别是相反电荷氢氧化物（俄亥俄州−)和氢（小时三O（运行）+)（氢离子也称为“氢离子”。）
- 氢氧化物−H（H）三O（运行）+
事实上，在纯水中标准温度和压力后一种公式仅在少数情况下适用；平均每5.5×10中有一个8根据离解常数在这种条件下用于水。它是水的独特性的关键部分
蛋白质和DNA中的氢键
氢键在决定蛋白质和核酸所采用的三维结构方面也起着重要作用。在这些大分子中，同一大分子各部分之间的键合使其折叠成特定形状，这有助于确定分子的生理或生化作用。双螺旋结构DNA例如，主要是由于碱基对将一条互补链连接到另一条复制.
在蛋白质中，主链氧和酰胺之间形成氢键氢。当氨基酸参与的残留物位置之间定期发生氢键我和我 + 4, 一个α螺旋已形成。当间距较小时，位置之间我和我+3，然后是310形成螺旋线。当两股通过氢键连接，每个氢键上都有交替的残基参与股，a贝塔板已形成。氢键也通过R基团的相互作用在形成蛋白质的三级结构中发挥作用。（另请参阅蛋白质结构).
蛋白质分子内氢键的一种特殊情况，不能很好地抵御水的攻击，因此促进了自身的氢键脱水，被称为脱氢酶.
对称氢键
对称氢键最近从光谱上观察到甲酸在高压下（>GPa）。每个氢原子与两个而不是一个原子形成部分共价键。在高压下，冰中存在对称氢键(冰-X). 参见以下参考（Goncharov等人）
二氢键
氢键可以与密切相关的二氢键，也是一个分子间的涉及氢原子的键相互作用。这些结构早就为人所知，其特征是结晶学; 然而，了解它们与传统氢键的关系，离子键、和共价键目前尚不清楚。一般来说，氢键的特征是质子受体是非金属原子中的一对孤电子（最显著的是氮、和硫属组）。在某些情况下，这些质子受体可能是π键或金属配合物然而，在二氢键中，金属氢化物充当质子受体；从而形成氢氢相互作用。中子衍射已经表明分子几何学这些配合物与氢键类似，因为键长对金属配合物/氢供体体系非常适用。
氢键理论
氢键的机制长期以来一直没有很好的理解。然而，随着计算机和可靠计算方法的出现，很明显，与其他类型的分子间作用力在20世纪80年代初，已经表明静电力在吸引力中占主导地位，即氢键的吸引力部分主要是由于参与键的分子的永久偶极子和更高永久多极的相互作用。1983年，白金汉和福勒[1]模拟了大量氢键的相互作用范德瓦尔斯分子通过原子硬球斥力和分布式多极相互作用。他们发现预测的结构和测量的结构之间存在定性一致，这表明他们的模型解释了氢键的主要影响。从那时起，这些结果已经被许多微扰和超分子类型的量子化学计算所证实。
然而，直到最近，关于债券的性质仍存在一些争议。一篇广为宣传的文章[2]根据对各向异性在中康普顿剖面普通冰的氢键是部分共价的。一些核磁共振波谱蛋白质中氢键的数据似乎也表明了共价键。这些解释被欧内斯特·戴维森和同事。[3]现在普遍认为，氢键的作用（交换、静电、极化和色散）与“普通”分子间作用力的作用相同，静电加上泡利（硬球）斥力是氢键最重要的作用。
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