Vattentillstånd: Gas, flytande och fast
Bildandet av vätebindningar är en viktig kvalitet på flytande vatten som är avgörande för livet som vi känner det. Eftersom vattenmolekyler gör vätebindningar med varandra får vatten några unika kemiska egenskaper jämfört med andra vätskor, och eftersom levande saker har ett högt vatteninnehåll är det viktigt att förstå dessa kemiska egenskaper för att förstå livet. I flytande vatten bildas och bryts vätebindningar ständigt när vattenmolekylerna glider förbi varandra. Brottet av dessa bindningar orsakas av rörelsen (kinetisk energi) hos vattenmolekylerna på grund av värmen i systemet. När värmen höjs när vatten kokas, orsakar den högre kinetiska energin hos vattenmolekylerna att vätebindningarna bryts helt och låter vattenmolekyler komma ut i luften som gas (ånga eller vattenånga). Å andra sidan, när vattentemperaturen reduceras och vatten fryser, bildar vattenmolekylerna en kristallstruktur som upprätthålls genom vätebindning (det finns inte tillräckligt med energi för att bryta vätebindningarna). Detta gör isen mindre tät än flytande vatten, ett fenomen som inte syns i stelningen av andra vätskor.
Faser av materia: Se vad som händer med intermolekylära bindningar under fasförändringar i denna interaktiva.
Vattnets lägre densitet i fast form beror på hur vätebindningarna orienteras när det fryser: vattenmolekylerna skjuts längre ifrån varandra jämfört med flytande vatten. Med de flesta andra vätskor innefattar stelning när temperaturen sjunker sänkning av kinetisk energi mellan molekyler, vilket gör att de kan packas ännu tätare än i flytande form och ge det fasta ämnet en större densitet än vätskan.
Det låga densitet av is, en anomali, får den att flyta vid ytan av flytande vatten, såsom ett isberg eller isbitarna i ett glas vatten. I sjöar och dammar bildas is på ytan av vattnet och skapar en isolerande barriär som skyddar djuren och växtlivet i dammen från att frysa. Utan detta lager av isolerande is skulle växter och djur som bodde i dammen frysa i det fasta isblocket och kunde inte överleva. Den skadliga effekten av frysning på levande organismer orsakas av isens expansion i förhållande till flytande vatten. Iskristallerna som bildas vid frysning bryter de känsliga membran som är väsentliga för levande cellers funktion och skadar dem oåterkalleligt. Celler kan bara överleva frysning om vattnet i dem tillfälligt ersätts av en annan vätska som glycerol.
