Im Wasser gibt es zwei verschiedene chemische Bindungen. Die kovalenten Bindungen zwischen den Sauerstoff- und den Wasserstoffatomen resultieren aus einer Aufteilung der Elektronen. Dies hält die Wassermoleküle selbst zusammen. Die Wasserstoffbrücke ist die chemische Bindung zwischen den Wassermolekülen, die die Molekülmasse zusammenhält. Ein Tropfen fallenden Wassers ist eine Gruppe von Wassermolekülen, die durch die Wasserstoffbrücken zwischen den Molekülen zusammengehalten werden.
Wasserstoffbrückenbindungen sind relativ schwach, aber da sie so viele im Wasser enthalten, bestimmen sie in hohem Maße dessen chemische Eigenschaften. Diese Bindungen sind in erster Linie die elektrische Anziehung zwischen positiv geladenen Wasserstoffatomen und negativ geladenen Sauerstoffatomen. In flüssigem Wasser haben die Wassermoleküle genug Energie, um sie in Schwingung zu versetzen und sich ständig zu bewegen. Die Wasserstoffbrücken bilden und brechen ständig, nur um sich erneut zu bilden. Wenn ein Topf mit Wasser auf einem Herd erhitzt wird, bewegen sich die Wassermoleküle schneller, da sie mehr Wärmeenergie aufnehmen. Je heißer die Flüssigkeit, desto mehr bewegen sich die Moleküle. Wenn die Moleküle genügend Energie aufnehmen, lösen sich die Moleküle an der Oberfläche in die gasförmige Dampfphase. Im Wasserdampf gibt es keine Wasserstoffbrückenbindungen. Die energetisierten Moleküle schweben unabhängig voneinander, aber wenn sie abkühlen, verlieren sie Energie. Beim Kondensieren ziehen sich die Wassermoleküle aneinander und in der flüssigen Phase bilden sich wieder Wasserstoffbrücken.
Eis ist eine wohldefinierte Struktur, im Gegensatz zu Wasser in der flüssigen Phase. Jedes Molekül ist von vier Wassermolekülen umgeben, die Wasserstoffbrückenbindungen bilden. Da die polaren Wassermoleküle Eiskristalle bilden, müssen sie sich in einer Anordnung wie ein dreidimensionales Gitter ausrichten. Es gibt weniger Energie und damit weniger Bewegungsfreiheit. Sobald sie sich so anordnen, dass ihre anziehenden und abstoßenden Ladungen ausgeglichen sind, bauen sich die Wasserstoffbrücken auf diese Weise auf, bis das Eis Wärme aufnimmt und schmilzt. Die Wassermoleküle im Eis sind nicht so dicht zusammengepackt wie in flüssigem Wasser. Da sie in dieser festen Phase weniger dicht sind, schwimmt Eis im Wasser.
In Wassermolekülen zieht das Sauerstoffatom die negativ geladenen Elektronen stärker an als der Wasserstoff. Dies verleiht Wasser eine asymmetrische Ladungsverteilung, so dass es ein polares Molekül ist. Wassermoleküle haben sowohl positiv als auch negativ geladene Enden. Durch diese Polarität kann Wasser viele Stoffe lösen, die ebenfalls eine Polarität oder eine ungleichmäßige Ladungsverteilung aufweisen. Wenn eine ionische oder polare Verbindung Wasser ausgesetzt ist, umgeben sie die Wassermoleküle. Da die Wassermoleküle klein sind, können viele von ihnen ein Molekül des gelösten Stoffes umgeben und Wasserstoffbrückenbindungen bilden. Aufgrund der Anziehung können die Wassermoleküle die gelösten Moleküle auseinander ziehen, so dass sich der gelöste Stoff im Wasser auflöst. Wasser ist das „universelle Lösungsmittel“, weil es mehr Stoffe löst als jede andere Flüssigkeit. Dies ist eine sehr wichtige biologische Eigenschaft.
Wassers Netzwerk von Wasserstoffbrücken verleiht ihm eine starke Kohäsion und Oberflächenspannung. Dies ist offensichtlich, wenn Wasser auf Wachspapier getropft wird. Die Wassertröpfchen bilden Perlen, da das Wachs nicht löslich ist. Diese durch Wasserstoffbrücken erzeugte Anziehungskraft hält Wasser über einen weiten Temperaturbereich in einer flüssigen Phase. Die zum Aufbrechen der Wasserstoffbrückenbindungen erforderliche Energie führt dazu, dass Wasser eine hohe Verdampfungswärme aufweist, so dass eine große Energiemenge erforderlich ist, um flüssiges Wasser in seine gasförmige Phase, Wasserdampf, umzuwandeln. Aus diesem Grund ist die Schweißverdunstung - die von vielen Säugetieren als Kühlsystem verwendet wird - effektiv, weil a Der Körper eines Tieres muss viel Wärme abgeben, um die Wasserstoffbrücken zwischen Wasser zu brechen Moleküle.
Wasser ist ein vielseitiges Molekül. Es kann mit sich selbst und auch mit anderen Molekülen, an die OH- oder NH2-Radikale gebunden sind, Wasserstoffbrückenbindungen eingehen. Dies ist bei vielen biochemischen Reaktionen wichtig. Seine Eigenschaften haben günstige Bedingungen für das Leben auf diesem Planeten geschaffen. Es wird viel Wärme benötigt, um die Wassertemperatur um ein Grad zu erhöhen. Dadurch können die Ozeane enorme Wärmemengen speichern und das Erdklima moderieren. Wasser dehnt sich beim Gefrieren aus, was Verwitterung und Erosion an geologischen Strukturen begünstigt hat. Die Tatsache, dass Eis weniger dicht ist als flüssiges Wasser, lässt das Eis auf Teichen schwimmen. Der oberste Wasserspiegel kann gefrieren und viele Lebensformen schützen, die den Winter tiefer im Wasser überleben können.