水の状態：気体、液体、および固体
水素結合の形成は、私たちが知っているように、生命にとって重要な液体の水の重要な品質です。水分子は互いに水素結合するため、水は他の液体に比べて独特の化学的性質を持ち、生物は含水率が高いため、これらの化学的性質を理解することが生命を理解するための鍵となります。液体の水では、水分子が互いにすれ違うときに水素結合が絶えず形成され、切断されます。これらの結合の切断は、システムに含まれる熱による水分子の運動（運動エネルギー）によって引き起こされます。水が沸騰するときに熱が上がると、水分子の運動エネルギーが高くなると、水素結合が完全に切断され、水分子がガス（蒸気または水蒸気）として空気中に逃げることができます。一方、水の温度が下がり、水が凍結すると、水分子は水素結合によって維持された結晶構造を形成します（水素結合を切断するのに十分なエネルギーがありません）。これにより、氷は液体の水よりも密度が低くなります。これは、他の液体の凝固では見られない現象です。
物質の相：この相互作用で相変化中に分子間結合がどうなるかを確認してください。
水の固体形態での密度が低いのは、凍結時に水素結合が配向する方法によるものです。水分子は、液体の水と比較してさらに離れて押し出されます。他のほとんどの液体では、温度が下がったときの凝固には、分子間の運動エネルギーの低下が含まれ、液体の場合よりもさらに密に詰まり、液体よりも固体の密度が高くなります。
異常である氷の密度は、氷の塊やグラスの水の中の氷の立方体などの液体の水の表面に浮かぶ原因になります。湖や池では、水面に氷が形成され、池の動植物を凍結から保護する断熱バリアが形成されます。この断熱氷の層がなければ、池に住む動植物は固い氷の塊の中で凍り、生き残ることができませんでした。凍結が生物に及ぼす悪影響は、液体の水に比べて氷が膨張することによって引き起こされます。凍結すると形成される氷の結晶は、生細胞の機能に不可欠な繊細な膜を破裂させ、不可逆的に損傷を与えます。細胞は、その中の水が一時的にグリセロールなどの別の液体に置き換えられた場合にのみ、凍結に耐えることができます。
