材料科學中具有許多非常重要的”鍵“，包括金屬鍵、共價鍵、離子鍵、氫鍵，此外還有討論非常多的分子間作用力（范德華力）。其中部分概念歸屬仍有一些爭議，但這幾項重要程度自然是不言而喻。

在此之前，先簡單明確一下一個爭議點：氫鍵是否屬於分子間作用力？

按照傳統定義：分子間作用力定義為“分子的永久偶極(permanent dipole)和瞬間偶極(instantaneous dipole)引起的弱靜電相互作用”，一般來說是指分子間普遍存在的范德華力。氫鍵既可以存在於分子間，也可以存在於分子內，並且超強氫鍵具有類似共價鍵的性質，因此通常還是將其與分子間作用力進行一定區別。當然，目前仍有其它觀點討論，有時間再補充。

1、范德華力

范德華力是存在於材料中分子之間還存在較弱的分子間作用力，范德華鍵的鍵能比其他化學鍵的鍵能低約1~2個數量級，作用范圍約為0.3~0.5 nm，沒有方向性和飽和性；包括靜電力（取向力）、誘導力、色散力；

①靜電力：靜電力即偶極子與偶極子之間的作用力；極性分子正、負電荷中心不重合，具有永久偶極矩，一個分子的偶極矩正端與鄰近另一個分子偶極矩負端產生靜電吸引。偶極矩越大，靜電力越大；當溫度升高時，相互作用能減少，這是因為隨著溫度的升高，分子熱運動加劇，擾亂瞭偶極矩的取向，削弱瞭靜電吸引力；

②誘導力：誘導偶極矩與極性分子的偶極矩之間發生靜電作用力；非極性分子沒有偶極矩，正負電荷中心是重合的；但在極性分子與非極性分子組成的體系中，當非極性分子與極性分子靠近時，受到極性分子偶極電場的作用而使正負電荷位移，正負電荷中心不再重合，被誘發產生一個誘導偶極矩；

③色散力：瞬間偶極矩之間以及與誘導偶極矩之間發生靜電作用力；從宏觀統計的角度來看，非極性分子偶極矩為0，其核外電子雲呈球形對稱分佈而不顯示永久的偶極矩；但是由於正負電荷都在運動，就電子繞核運動過程中的某一瞬間，電子在空間的各個位置上的分佈並非嚴格相同，這樣就呈現出瞬間的正負電荷中心不重合，存在瞬間偶極矩，瞬間偶極子會對鄰近非極性分子產生誘導作用而出現誘導偶極矩；

2、氫鍵

①形成機理：氫原子是所有原子中最小的一種，原子核帶一個正電荷，核外有一個1s電子。當氫原子與電負性較高的原子X（如O、S、F、Cl等）以共價鍵結合成分子時，HX之間是極性共價鍵。這是因為氫原子核外的1s電子很容易受到X原子的強烈吸引，而使氫原子顯部分正電性。在這種情況下，如果氫原子又受到另一個分子中電負性較大的原子Y吸引而形成以H原子為中心可表示為X—H××××××Y的氫鍵。氫鍵的鍵長指X和Y之間的距離；

②氫鍵具有方向性和飽和性：氫鍵是分子間力的另一種表現，氫鍵的飽和性表現在X—H隻與一個Y原子結合，而X—H的偶極矩與Y相互作用時，隻有當X—H××××××Y在同一直線上時才有最強的作用力，所以氫鍵有方向性；

③氫鍵的強弱：與X、Y的電負性差值的大小有關，電負性差值越大，氫鍵越強。另外，還與Y的半徑大小有關系，半徑愈小，則氫鍵愈強。大部分氫鍵是在分子間形成，稱為分子間氫鍵，還有一部分氫鍵是同一分子內的不同部分之間形成的，叫做分子內氫鍵；

④對物質的物理性能影響：不可低估，對結構相似的同系物，若分子間存在氫鍵，其結合力比色散力強，會使熔點、沸點顯著升高；若分子內生成氫鍵，熔點、沸點常會降低。一些沒有極性的碳氫化合物不能與水生成氫鍵，在水中溶解度很小。水的表面張力很大，主要生成分子間氫鍵。另外，分子間生成氫鍵會使粘度增大，如甘油、磷酸、硫酸等分子都是粘度很大的液體。

3、金屬鍵

金屬鍵被描述為一種由陽離子和共享的自由價電子（離域電子）的靜電作用引起的化學鍵。這部分內容在金屬材料一文中具有更多詳細介紹。

4、共價鍵

共價鍵的形成通常是幾個相鄰原子通過共用電子並與共用電子之間形成的一種強烈作用力的現象。為瞭解釋不同分子中共價鍵的形成機理，提出瞭路易斯理論、價鍵理論、軌道雜化理論、互斥理論、分子軌道理論等。關於共價鍵的內容在原子結構及基本理論模型一文中有詳細介紹。

5、離子鍵

離子鍵主要存在於離子晶體化合物中，本質上可以歸結為靜電吸引作用；離子鍵的強弱程度通常用點陣能的大小表示。關於離子鍵的內容在無機非金屬材料一文中有詳細介紹，其中也涉及部分共價鍵知識，歡迎查看。

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