氢键的大小(强度)可以通过多种因素来比较，这些因素包括氢键供体和受体的电负性、氢键的几何结构、分子间的距离等。以下是一些常见的氢键大小比较方法和影响因素：

1.电负性

氢键供体和受体的电负性：电负性越大的原子形成的氢键越强。

例如，氟(F)的电负性最大(3.98)，因此 F－H...F 氢键是最强的氢键。氧(O)的电负性为 3.44，氮(N)的电负性为 3.04，因此 O－H...O 和 N－H...N 氢键的强度依次递减。

常见氢键强度顺序：F－H...F ＞ O－H...O ＞ N－H...N

2.氢键的几何结构

线性氢键：当氢键供体和受体之间的角度接近 180° 时，氢键最强。

例如，水分子中的 O－H...O 氢键在接近线性时最强。

非线性氢键：当氢键供体和受体之间的角度偏离 180° 时，氢键强度会减弱。

例如，氨分子中的 N－H...N 氢键由于分子的几何结构，通常不是线性的，因此强度相对较弱。

3.分子间的距离

距离越短，氢键越强：氢键的强度与氢键供体和受体之间的距离成反比。距离越短，电荷之间的相互作用越强，氢键越强。

范德华半径：不同原子的范德华半径不同，因此不同氢键的最短有效距离也不同。

例如，F 的范德华半径较小，因此 F－H...F 氢键可以更接近，强度更大。

4.氢键的数量

多个氢键的协同效应：当一个分子可以形成多个氢键时，这些氢键的协同效应会显著增强分子间的相互作用。例如，DNa 双螺旋结构中的碱基对通过多个氢键相互作用，使得双螺旋结构非常稳定。

单个氢键与多个氢键：单个氢键的强度通常在 5－10 kcal/mol 之间，而多个氢键的协同效应可以使总强度达到几十 kcal/mol。

5.溶剂效应

极性溶剂：极性溶剂可以增强氢键的强度，因为溶剂分子可以与氢键供体和受体形成额外的氢键，从而增强整体的相互作用。

非极性溶剂：非极性溶剂通常会减弱氢键的强度，因为溶剂分子与氢键供体和受体之间的相互作用较弱。

6.温度和压力

温度：温度升高通常会减弱氢键的强度，因为热运动会使分子间的距离增大，减少氢键的形成。

压力：压力增大通常会增强氢键的强度，因为压力会使分子间的距离减小，增加氢键的形成。

常见氢键强度比较

最强：F－H...F

较强：O－H...O

中等：N－H...N

较弱：C－H...X(X 为电负性较大的原子，如 O、N、F)

实例

水(H₂O)：O－H...O 氢键，强度约为 5－10 kcal/mol。氨(NH₃)：N－H...N 氢键，强度约为 3－5 kcal/mol。氢氟酸(HF)：F－H...F 氢键，强度约为 10－15 kcal/mol。

通过这些因素的综合考虑，可以更准确地比较不同氢键的大小和强度。

H₂O 内的 O－H、水分子间的范德华力和氢键，从强到弱依次为：            

O－H 键：水分子内的 O－H 键是共价键，键能较大，因此最强。

氢键：水分子间的氢键是由于水分子的极性导致的，氢键的强度介于共价键和范德华力之间。

范德华力：水分子间的范德华力是分子间最弱的作用力，主要由瞬时偶极子引起。

因此，从强到弱的顺序为：O－H 键 ＞ 氢键 ＞ 范德华力。

H^＋ 可与 H₂O 形成 H₃O^＋，H₃O^＋ 中 O 采用的杂化方式：    

H₃O^＋ 中的中心原子是氧原子，它与三个氢原子形成共价键。

氧原子的价层电子对数为 4(2 个孤对电子 ＋ 2 个成键电子对)，因此氧原子采用 sp³ 杂化。

H₃O^＋ 中 H－O－H 键角比 H₂O 中的键角大还是小：     

因此，H₃O^＋ 中 H－O－H 键角比 H₂O 中的键角大。

H₂O 分子中，氧原子有 2 个孤对电子，这使得 H₂O 的键角为 104.5°。

在 H₃O^＋ 中，氧原子有 1 个孤对电子，孤对电子对成键电子对的排斥作用比成键电子对之间的排斥作用强，因此 H₃O^＋ 的键角比 H₂O 的键角大。