Vannstatene: Gass, flytende og fast stoff
Dannelsen av hydrogenbindinger er en viktig kvalitet på flytende vann som er avgjørende for livet slik vi kjenner det. Ettersom vannmolekyler lager hydrogenbindinger med hverandre, får vann noen unike kjemiske egenskaper sammenlignet med andre væsker, og siden levende ting har høyt vanninnhold, er det viktig å forstå disse kjemiske egenskapene. I flytende vann dannes og knuses hydrogenbindinger kontinuerlig når vannmolekylene glir forbi hverandre. Brudd på disse bindingene er forårsaket av bevegelsen (kinetisk energi) til vannmolekylene på grunn av varmen i systemet. Når varmen heves når vann kokes, fører den høyere kinetiske energien til vannmolekylene til at hydrogenbindinger brytes fullstendig og lar vannmolekyler slippe ut i luften som gass (damp eller vanndamp). På den annen side, når temperaturen på vannet er redusert og vannet fryser, danner vannmolekylene en krystallstruktur som opprettholdes ved hydrogenbinding (det er ikke nok energi til å bryte hydrogenbindinger). Dette gjør isen mindre tett enn flytende vann, et fenomen som ikke sees i størkning av andre væsker.
Faser av materie: Se hva som skjer med intermolekylære bindinger under faseendringer i dette interaktive.
Vannets lavere tetthet i fast form skyldes måten hydrogenbindinger er orientert når det fryser: vannmolekylene skyves lenger fra hverandre sammenlignet med flytende vann. Med de fleste andre væsker inkluderer størkning når temperaturen synker senking av kinetisk energi mellom molekyler, slik at de kan pakke enda tettere enn i flytende form og gi det faste stoffet en større tetthet enn væsken.
Den lave tetthet av is, en anomali, får den til å flyte på overflaten av flytende vann, for eksempel et isfjell eller isbitene i et glass vann. I innsjøer og dammer dannes det is på vannoverflaten og skaper en isolerende barriere som beskytter dyrene og plantelivet i dammen mot å fryse. Uten dette laget med isolerende is, ville planter og dyr som bodde i dammen fryse i den faste isblokken og ikke kunne overleve. Den skadelige effekten av frysing på levende organismer er forårsaket av isutvidelsen i forhold til flytende vann. Iskrystallene som dannes ved frysing, brister de sarte membranene som er essensielle for funksjonen til levende celler, og ødelegger dem irreversibelt. Celler kan bare overleve frysing hvis vannet i dem midlertidig erstattes av en annen væske som glyserol.
