分子

1. 什么是共价键

“共价”可以拆成两部分理解：

• 共：共同、一起使用
• 价：这里指原子的“化合价”，也就是它参与成键、达到稳定状态的能力

所以，共价键就是两个原子共同使用一对或多对电子形成的连接。

例如两个氢原子各拿出一个电子：

$$H\cdot +\cdot H\to H\text{-}H$$

中间这一对电子由两个氢原子共同使用，于是形成氢气分子。两个 H 中间那根横线就表示一根共价键。

再比如水分子中，氧原子分别和两个氢原子共享电子：

$$H\text{-}O\text{-}H$$

这就是共价键连接起来的分子。

可以把它和离子键对比：

• 共价键：电子“共同使用”
• 离子键：一个原子把电子转移给另一个原子，再由正负电荷相互吸引

在生物分子中，蛋白质、DNA 和脂质内部的原子，主要都是靠共价键连接的。

2. 质子化

“质子化”就是一个分子或基团接受了一个质子（H⁺） 的过程。

以胺基为例：

$$\mathrm{R}\text{-}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2+{\mathrm{H}}^{+}\rightleftharpoons \mathrm{R}\text{-}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3^{+}$$

这里：

• R—NH₂ 接受了 H⁺；
• 变成 R—NH₃⁺；
• 氮原子多了一根 N—H 键，并带有正电荷。

氮之所以能接受 H⁺，是因为它有一对孤对电子，可以用来和 H⁺ 成键。

相反，去质子化就是失去 H⁺。例如：

$$\mathrm{R}\text{-}\mathrm{COOH}\rightleftharpoons \mathrm{R}\text{-}\mathrm{CO}{\mathrm{O}}^{-}+{\mathrm{H}}^{+}$$

羧酸失去 H⁺ 后，就变成带负电的羧酸根。

质子化程度取决于两个因素：

• 溶液的 pH；
• 这个基团的 pKa。

通常：

• pH 较低、环境更酸：更容易质子化；
• pH 较高、环境更碱：更容易去质子化。

所以“氮在某个 pH 下会质子化”并不是说所有氮都会带正电，而是说某些含氮基团在特定环境中会接受 H⁺，从而改变电荷和相互作用性质。

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