●水素結合【すいそけつごう】

水素原子は1価であるが，電気陰性度の大きな2個の原子X，Y (酸素，窒素，ハロゲンなど) の間に介在し，これらをつないでX-H……Yのように見かけ上2価のような結合状態を示す場合がある。これを水素結合という。たとえば酢酸や水は水素結合によって会合分子をつくる。結合の機構は電気陰性度の大きなX原子が水素原子の電子を強くひきつける結果，水素原子はほとんど陽子 (プロトン) に近い状態になり，これと電気陰性度の大きなY原子との間にイオン結合類似の結合状態が生じるものと考えられている。水素結合の結合エネルギーは普通の化学結合に比べて小さく，8～40 KJ・mol^-1 程度である。また結合距離も一般の化学結合に比べて長い。水素結合は沸点，融点，蒸発熱，誘電率，赤外スペクトルなど物質の物理的性質に大きな影響を与え，氷の結晶構造，水の物理的性質，生体内の生化学的反応などに重要な役割を果している。

電気陰性度の値が水素より大きい(電子を引き付けやすい)酸素や窒素などと水素が結合すると、その水素はいくぶんプラスの電荷を帯びる。一方、電子を引き付けた酸素や窒素は、逆に若干マイナスの電荷を帯びる。このような少しプラスの電荷を帯びた水素原子と、別の分子のマイナスの電荷を帯びた原子との間に静電的引力が作用してできるのが水素結合。分子内に電荷の偏りがある分子を極性分子といい、水分子はその例。水素結合の強さ(結合エネルギー)は共有結合の約10分の1だが、分子間力(ファンデルワールス力)よりも1桁大きく、通常、20〜30キロジユール/モル(kJ/mol)程度の大きさ。水素結合が液体や固体中の水分子を結び付け、同族元素の類似分子である硫化水素やセレン化水素より融点も沸点も高い特性を示す要因になっている。また、ベンゼン環に付いた2つの官能基、例えばOH基のHとカルボキシル基のCOとの間を結び付ける分子内水素結合もある。
(市村禎二郎 東京工業大学教授 ／ 2007年)

電気陰性度の強い二つの原子間に水素原子が入ってできる結合。通常の共有結合よりはるかに弱いが、水分子間や生体のDNAの二重螺旋(らせん)などでみられ、重要な役割をする。

　極性のある分子の分極した部分同士が静電引力で結合すること．分子間でも分子内でも生じる．

化学結合の一種。水素原子は原子核(陽子)のまわりに1個の電子しかなく，他の電気陰性度の大きい原子(窒素N，酸素O，フッ素Fなど)との化学結合にその電子を使うと，その電子は相手原子に引き寄せられ，自身は陽に帯電した裸の原子核だけになりやすい。また近くに陰性の強い別の原子があると，これと引き合って弱いながらも結合をつくるようになる。このような結合を水素結合という（図）。普通の共有結合に比べて強さは1/10くらいであるが，固体や液体の中で分子相互の配向を決める程度の結合力である。

二つの原子間に水素原子が入る化学結合。アメリカのポーリングによって提唱されたときは、水素橋結合といわれた。すなわち、水素原子が仲立ちとなって、電気陰性度の大きい二つの原子が弱い結合をつくると考えた。氷の中の水は、酸素原子が水素原子を仲立ちとしてダイヤモンド格子をつくっている。これを分子間水素結合という。o(オルト)-ヒドロキシベンズアルデヒドでは、オルト位のカルボニル基C=Oとヒドロキシ基-OHとの間に水素結合ができる。これを分子内水素結合という。水素結合の結合エネルギーは1モル当り約8.4～33.5キロジュール程度で、共有結合のそれの数分の1にあたる。いちばん強い水素結合は、フッ化水素にみられる（40数キロジュール）。水素結合の結果、種々の物性に異常性がみられる。たとえば、水は同族の硫化水素H₂S、セレン化水素H₂Seより沸点・融点ともに高い。また、酢酸や安息香酸は通常、水素結合を介して二量体（2分子が結び付いた会合体）として存在している。

［下沢　隆］

水素原子が分子内あるいは分子間でX-H…Yのように，X，Yの2原子にわたってつくる結合．前者を分子内水素結合，後者を分子間水素結合という．X，Yは電気的に陰性な原子であることが必要で，O，N，F，S，Clなどが顕著な水素結合をつくる．水素結合の原因のおもなものは静電力であるが，X-H…Y↔X…H-Yの共鳴の効果も存在する．その結合エネルギーは (HF)_n 重合体で約33 kJ mol^－1，例の多いO-H…OやO-H…Nで12～29 kJ mol^－1 程度で，通常の化学結合に比較してずっと小さい．分子間水素結合は分子の会合を引き起こすため，物質の融解熱や気化熱を増大させる．水や低級アルコール，低級脂肪酸などが分子量のわりには融点や沸点が高いのはこのためである．そのほか，物質の酸性度や誘電率などの物性も水素結合によって大きな影響をうけ，また生体関連物質のつくる水素結合は，生物学上きわめて重要なはたらきをしていることが知られている．