Hay dos enlaces químicos diferentes presentes en el agua. Los enlaces covalentes entre el oxígeno y los átomos de hidrógeno son el resultado de compartir los electrones. Esto es lo que mantiene unidas las moléculas de agua. El enlace de hidrógeno es el enlace químico entre las moléculas de agua que mantiene unida la masa de moléculas. Una gota de agua que cae es un grupo de moléculas de agua que se mantienen unidas por los enlaces de hidrógeno entre las moléculas.
Los enlaces de hidrógeno son relativamente débiles, pero dado que hay muchos de ellos presentes en el agua, determinan en gran medida sus propiedades químicas. Estos enlaces son principalmente las atracciones eléctricas entre los átomos de hidrógeno cargados positivamente y los átomos de oxígeno cargados negativamente. En el agua líquida, las moléculas de agua tienen suficiente energía para mantenerlas vibrando y moviéndose continuamente. Los enlaces de hidrógeno se forman y se rompen constantemente, solo para volver a formarse. Si se calienta una olla con agua en una estufa, las moléculas de agua se mueven más rápido a medida que absorben más energía térmica. Cuanto más caliente está el líquido, más se mueven las moléculas. Cuando las moléculas absorben suficiente energía, las de la superficie se liberan en la fase gaseosa de vapor. No hay enlaces de hidrógeno en el vapor de agua. Las moléculas energizadas flotan independientemente, pero a medida que se enfrían, pierden energía. Al condensarse, las moléculas de agua se atraen entre sí y los enlaces de hidrógeno se forman una vez más en la fase líquida.
El hielo es una estructura bien definida, a diferencia del agua en la fase líquida. Cada molécula está rodeada por cuatro moléculas de agua, que forman enlaces de hidrógeno. A medida que las moléculas de agua polar forman cristales de hielo, deben orientarse en una matriz como una red tridimensional. Hay menos energía y, por lo tanto, menos libertad para vibrar o moverse. Una vez que se arreglan para equilibrar sus cargas atractivas y repulsivas, los enlaces de hidrógeno se establecen de esta manera hasta que el hielo absorbe calor y se derrite. Las moléculas de agua en el hielo no están tan juntas como en el agua líquida. Dado que son menos densos en esta fase sólida, el hielo flota en el agua.
En las moléculas de agua, el átomo de oxígeno atrae los electrones cargados negativamente con más fuerza que el hidrógeno. Esto le da al agua una distribución asimétrica de carga para que sea una molécula polar. Las moléculas de agua tienen extremos cargados tanto positiva como negativamente. Esta polaridad permite que el agua disuelva muchas sustancias que también tienen polaridad o una distribución de carga desigual. Cuando un compuesto iónico o polar se expone al agua, las moléculas de agua lo rodean. Debido a que las moléculas de agua son pequeñas, muchas de ellas pueden rodear una molécula del soluto y formar enlaces de hidrógeno. Debido a la atracción, las moléculas de agua pueden separar las moléculas de soluto para que el soluto se disuelva en el agua. El agua es el "solvente universal" porque disuelve más sustancias que cualquier otro líquido. Ésta es una propiedad biológica muy importante.
La red de enlaces de hidrógeno del agua le da una fuerte cohesión y tensión superficial. Esto es evidente si se deja caer agua sobre papel encerado. Las gotas de agua formarán perlas ya que la cera no es soluble. Esta atracción creada por los enlaces de hidrógeno mantiene el agua en una fase líquida en un amplio rango de temperaturas. La energía requerida para romper los enlaces de hidrógeno hace que el agua tenga un alto calor de vaporización, por lo que se necesita una gran cantidad de energía para convertir el agua líquida en su fase gaseosa, vapor de agua. Debido a esto, la evaporación del sudor, que muchos mamíferos utilizan como sistema de enfriamiento, es eficaz porque un Se debe liberar una gran cantidad de calor del cuerpo de un animal para romper los enlaces de hidrógeno entre el agua. moléculas.
El agua es una molécula versátil. Puede unirse a sí mismo y también a cualquier otra molécula que tenga radicales OH o NH2 unidos. Esto es importante en muchas reacciones bioquímicas. Sus propiedades han creado condiciones favorables para la vida en este planeta. Se requiere una gran cantidad de calor para elevar la temperatura del agua un grado. Esto permite que los océanos almacenen enormes cantidades de calor y modera el clima de la tierra. El agua se expande cuando se congela, lo que ha facilitado el desgaste y la erosión de las estructuras geológicas. El hecho de que el hielo sea menos denso que el agua líquida permite que el hielo flote en los estanques. El nivel superior de agua puede congelar y proteger muchas formas de vida, que pueden sobrevivir al invierno en las profundidades del agua.