原子的行星模型。图片来源于网络
化学家和物理学家不同，他们会从化学变化中思考原子结构以及与分子之间的关系。1916年，路易斯（Gilbert Newton Lewis）在The Atom and the Molecule [8] 一文中曾做出了准确的预言，他认为“在每个原子中都有一个核（原子核），其在所有化学变化中都是保持不变的”。要知道在当时，化学家还无法分辨共价键和离子键，比如，路易斯曾提出利用空格和冒号来描述化学键中电子的位置（如“Na:Cl”、“I:Cl”），并认为氯化钠是一种极性极强的分子。
有人会说，那个时代是化学家的“立体主义（Cubism）”时期，整个科学界都在接受毕加索（Pablo Picasso）等艺术家的影响和洗礼。物理学家对原子的理解还不足以为化学的发展提供准确的信息，于是，化学家们凭借自己艺术般的想象力，开始了各种大胆的推测。例如，朗缪尔（Irving Langmuir）曾认为原子是“方方正正的”，他在The arrangement of electrons in atoms and molecules [9] 一文中描绘了水分子和臭氧分子的结构示意图（下图），其中八面体代表一个氧原子，“ ”代表氢原子，共用边代表单键，而共用面则代表双键。
朗缪尔水分子（左）和臭氧分子（右）示意图。图片来源：Nat. Chem. [9]
这就是1920年，Latimer和Rodebush在发表论文时的情况。因此，我们很难苛求他们所用的科学概念在今天是精准的，但是他们的判断和思考，在当时无疑是先进且大胆的。他们在讨论“缔合液体（Associated Liquids）”时提出，“一个水分子上的一对自由电子可能会对另一个水分子上的氢施加一定的力，将两个分子结合在一起”，并意识到氢键和HF、H2O、NH3高沸点之间存在一定的关系。
这一理论对当时的冲击无疑是巨大的，科学家们开始质疑，氢原子如何参与了两个“共价键”（至少当时是这么理解的）？不过，哈金斯（Maurice L. Huggins）和鲍林的研究在“氢键”概念的巩固和传播过程中，起到了关键的作用。1936年，哈金斯发表了关于氢键的论文，不但首次用“质子跃迁”解释了氢离子在水中的移动速度，还详细地讨论了碳酸中的氢键和角蛋白折叠中氢键对稳定构象的影响，并大胆地预测了氢键将在生物大分子研究中占据重要地位[10]。
DNA双螺旋结构中的氢键。图片来源于网络
随着X射线衍射和红外光谱分析的逐步完善，以及中子衍射和NMR核磁共振技术的兴起，化学家及物理学家测量出一系列氢键的键能、键长以及键角数据。特别值得一提的是Waston和Crick在1953年用X射线衍射技术确定了DNA双螺旋结构模型（上图）[11]，氢键成为这个模型的重要组成部分。与此同时，第一届国际氢键大会于1957年在南斯拉夫的卢布尔雅那举行，关于氢键的研究受到了化学各个领域的关注。
第一届国际氢键大会论文集。图片来源：Amazon
随着化学键理论的完善，化学家们对氢键的争论一直没有停止，氢键仅仅是一种分子间弱的静电相互作用，还是类似于共价键存在部分电子云共享？有人甚至怀疑它到底存不存在。而另一方面，氢键的类型，也从简单的强氢键，拓展到如今π型氢键、二氢键、反氢键、金属型氢键等等。
1976年，Kitaura和Morokuma运用能量分解法（又称为Kitaura-Morokuma能量分解法）将氢键的能量分解为静电吸引能（Electrostatic）、极化能（Polarization）、交换互斥能（ExchangeRepulsion）、电荷转移能（ChargeTransfer）以及一个差项（Coupling）[12]。此外，Coulson计算了水中的氢键，其中静电成分占了总能量的65%。这些结果暗示着氢键可能既包含共价性，又包含静电相互作用，而后者可能是氢键的主要组成部分。Kitaura-Morokuma能量分解法也成为氢键键能分析的常用方法。
