هناك نوعان من الروابط الكيميائية المختلفة الموجودة في الماء. تنتج الروابط التساهمية بين الأكسجين وذرات الهيدروجين من مشاركة الإلكترونات. هذا هو ما يربط جزيئات الماء ببعضها البعض. الرابطة الهيدروجينية هي الرابطة الكيميائية بين جزيئات الماء التي تحافظ على كتلة الجزيئات معًا. قطرة من الماء المتساقط هي مجموعة من جزيئات الماء مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية بين الجزيئات.
الروابط الهيدروجينية ضعيفة نسبيًا ، ولكن نظرًا لوجود الكثير منها في الماء ، فإنها تحدد خصائصها الكيميائية إلى حد كبير. هذه الروابط هي في المقام الأول عوامل الجذب الكهربائية بين ذرات الهيدروجين موجبة الشحنة وذرات الأكسجين سالبة الشحنة. في الماء السائل ، تمتلك جزيئات الماء طاقة كافية لإبقائها تهتز وتتحرك باستمرار. تتشكل الروابط الهيدروجينية وتنكسر باستمرار ، فقط لتتشكل مرة أخرى. إذا تم تسخين قدر من الماء على موقد ، فإن جزيئات الماء تتحرك بشكل أسرع لأنها تمتص المزيد من الطاقة الحرارية. كلما زادت سخونة السائل ، زادت حركة الجزيئات. عندما تمتص الجزيئات طاقة كافية ، فإن تلك الموجودة على السطح تنفجر في المرحلة الغازية للبخار. لا توجد رابطة هيدروجينية في بخار الماء. الجزيئات التي يتم تنشيطها تطفو بشكل مستقل ، ولكن عندما تبرد ، فإنها تفقد الطاقة. عند التكثيف ، تنجذب جزيئات الماء إلى بعضها البعض ، وتتشكل الروابط الهيدروجينية مرة أخرى في المرحلة السائلة.
الجليد هيكل محدد جيدًا ، على عكس الماء في المرحلة السائلة. كل جزيء محاط بأربعة جزيئات ماء ، والتي تشكل روابط هيدروجينية. نظرًا لأن جزيئات الماء القطبية تشكل بلورات ثلجية ، يجب أن توجه نفسها في مصفوفة مثل شبكة ثلاثية الأبعاد. هناك طاقة أقل وبالتالي حرية أقل في الاهتزاز أو التنقل. بمجرد أن يرتبوا أنفسهم بحيث تتوازن شحناتهم الجذابة والمنفرة ، تتشكل الروابط الهيدروجينية بهذه الطريقة حتى يمتص الجليد الحرارة ويذوب. لا تترابط جزيئات الماء في الجليد معًا بشكل وثيق كما هو الحال في الماء السائل. نظرًا لأنها أقل كثافة في هذه المرحلة الصلبة ، فإن الجليد يطفو في الماء.
في جزيئات الماء تجذب ذرة الأكسجين الإلكترونات سالبة الشحنة بقوة أكبر من الهيدروجين. هذا يعطي الماء توزيعًا غير متماثل للشحنة بحيث يكون جزيءًا قطبيًا. جزيئات الماء لها نهايات موجبة وسالبة الشحنة. تسمح هذه القطبية للماء بإذابة العديد من المواد التي لها أيضًا قطبية أو توزيع غير متساوٍ للشحنة. عندما يتعرض مركب أيوني أو قطبي للماء ، فإن جزيئات الماء تحيط به. نظرًا لأن جزيئات الماء صغيرة ، يمكن للعديد منها أن يحيط بجزيء واحد من المذاب ويشكل روابط هيدروجينية. بسبب الجاذبية ، يمكن لجزيئات الماء أن تفصل جزيئات الذائبة عن بعضها بحيث يذوب المذاب في الماء. الماء هو "المذيب الشامل" لأنه يذوب مواد أكثر من أي سائل آخر. هذه خاصية بيولوجية مهمة للغاية.
تمنح شبكة المياه من الروابط الهيدروجينية تماسكًا قويًا وتوترًا سطحيًا. هذا واضح إذا تم إسقاط الماء على ورق الشمع. ستشكل قطرات الماء حبيبات لأن الشمع غير قابل للذوبان. هذا الجذب الناتج عن الترابط الهيدروجيني يحافظ على الماء في طور سائل على نطاق واسع من درجات الحرارة. الطاقة اللازمة لكسر الروابط الهيدروجينية تجعل الماء له حرارة عالية من التبخر بحيث يأخذ كمية كبيرة من الطاقة لتحويل الماء السائل إلى مرحلته الغازية ، بخار الماء. وبسبب هذا ، فإن تبخر العرق - الذي يستخدمه العديد من الثدييات كنظام تبريد - فعال لأن أ يجب إطلاق كمية كبيرة من الحرارة من جسم الحيوان من أجل كسر الروابط الهيدروجينية بين الماء الجزيئات.
الماء جزيء متعدد الاستخدامات. يمكن أن ترتبط مع الهيدروجين بنفسها وأيضًا مع أي جزيئات أخرى لها جذور OH أو NH2 مرتبطة بها. هذا مهم في العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية. جعلت خصائصه الظروف مواتية للحياة على هذا الكوكب. مطلوب كمية كبيرة من الحرارة لرفع درجة حرارة الماء درجة واحدة. يسمح هذا للمحيطات بتخزين كميات هائلة من الحرارة وتخفيف مناخ الأرض. يتمدد الماء عندما يتجمد ، مما سهل عوامل التعرية والعوامل الجوية على الهياكل الجيولوجية. حقيقة أن الجليد أقل كثافة من الماء السائل يسمح للجليد بالطفو على البرك. يمكن أن يتجمد أعلى مستوى من الماء ويحمي العديد من أشكال الحياة ، والتي يمكن أن تعيش في الشتاء بشكل أعمق في الماء.