Stany wody: gaz, ciecz i ciało stałe
Tworzenie wiązań wodorowych jest ważną cechą ciekłej wody, która ma kluczowe znaczenie dla życia, jakie znamy. Ponieważ cząsteczki wody tworzą ze sobą wiązania wodorowe, woda nabiera wyjątkowych właściwości chemicznych w porównaniu z innymi cieczami, a ponieważ żywe istoty mają dużą zawartość wody, zrozumienie tych właściwości jest kluczem do zrozumienia życia. W wodzie ciekłej wiązania wodorowe są nieustannie tworzone i przerywane, gdy cząsteczki wody przesuwają się obok siebie. Zerwanie tych wiązań jest spowodowane ruchem (energią kinetyczną) cząsteczek wody pod wpływem ciepła zawartego w układzie. Kiedy ciepło wzrasta podczas gotowania wody, wyższa energia kinetyczna cząsteczek wody powoduje całkowite zerwanie wiązań wodorowych i pozwala cząsteczkom wody na ucieczkę do powietrza w postaci gazu (para lub para wodna). Z drugiej strony, gdy temperatura wody spada i woda zamarza, cząsteczki wody tworzą strukturę krystaliczną utrzymywaną przez wiązania wodorowe (nie ma wystarczającej ilości energii, aby zerwać wiązania wodorowe). To sprawia, że lód jest mniej gęsty niż woda w stanie ciekłym, zjawisko to nie jest widoczne w krzepnięciu innych cieczy.
Fazy materii: zobacz, co dzieje się z wiązaniami międzycząsteczkowymi podczas zmian fazowych w tej interakcji.
Niższa gęstość wody w postaci stałej wynika ze sposobu, w jaki wiązania wodorowe są zorientowane podczas zamarzania: cząsteczki wody są odsuwane bardziej od siebie w porównaniu z wodą w stanie ciekłym. W przypadku większości innych cieczy krzepnięcie wraz ze spadkiem temperatury obejmuje obniżenie energii kinetycznej między cząsteczkami, umożliwiając im ściślejsze upakowanie niż w postaci płynnej i nadając ciału stałemu większą gęstość niż ciecz.
Niski Gęstość lodu, anomalia, powoduje, że unosi się on na powierzchni wody w stanie ciekłym, na przykład góry lodowej lub kostek lodu w szklance wody. W jeziorach i stawach lód tworzy się na powierzchni wody, tworząc barierę izolacyjną, która chroni zwierzęta i rośliny w stawie przed zamarzaniem. Bez tej warstwy izolującego lodu rośliny i zwierzęta żyjące w stawie zamarzłyby w bryle lodu i nie mogły przeżyć. Szkodliwy wpływ zamarzania na organizmy żywe jest spowodowany ekspansją lodu w stosunku do wody w stanie ciekłym. Kryształy lodu, które tworzą się po zamarznięciu, rozrywają delikatne błony niezbędne do funkcjonowania żywych komórek, nieodwracalnie je uszkadzając. Komórki mogą przetrwać zamarzanie tylko wtedy, gdy woda w nich jest tymczasowo zastąpiona inną cieczą, taką jak glicerol.
