La molécula del agua.

El agua es una de las sustancias más peculiares conocidas. Es una molécula pequeña y sencilla, pero tras su aparente simplicidad presenta una complejidad sorprendente que la hace especialmente útil para la vida. 

Las moléculas de agua están fuertemente unidas entre sí. Un aspecto paradójico es que el agua es un líquido, aunque sus moléculas se encuentren en promedio fuertemente unidas. Este fenómeno se debe al carácter transitorio de los puentes de hidrógeno, que al formarse y romperse continuamente permiten la movilidad de las moléculas de agua. Una molécula de agua puede unirse a un máximo de otras 4 moléculas por puentes de hidrógeno, actuando en dos de ellos como donadora y en otros dos como aceptora.

En el hielo estos puentes de hidrógeno son más o menos estables, mientras que en el agua líquida tienen un carácter transitorio, estimándose que tiene una vida media del orden de picosegundos. En resumen, podemos considerar el agua líquida como una red "infinita" de puentes de hidrógeno en continua creación y ruptura. Por otra parte, existen evidencias de que las moléculas de agua se asocian formando agrupaciones -"clusters"- de moléculas de vida relativamente larga, en el que las moléculas mantienen una red de puentes de hidrógeno bastante estable en su conjunto.

Se estimaba que, en promedio una molécula de agua está unida por 3,5 puentes de hidrógeno. Sin embargo, estudios recientes parecen apuntar a que el número medio de puentes de hidrógeno es algo menor; un 80% de las moléculas estarían unidas por sólo dos puentes de hidrógeno fuertes, mientras que el 20% restante estarían unidas hasta por 4 puentes de hidrógeno fuertes en disposición tetraédrica. Hay que hacer notar que el aumento de la densidad del hielo al fundirse se debe a que los enlaces de hidrógeno tienden a separar ligeramente a las moléculas de agua respecto a su distancia de Van der Waals.  En otras palabras, las moléculas de agua están más separadas, en promedio, cuando están unidas por cuatro puentes de hidrógeno que cuando el número de puentes de hidrógeno por molécula es menor. En cualquier caso las moléculas de agua están fuertemente unidas entre sí: la energía máxima de un puente de hidrógeno agua-agua es de unos 23,3 kJ/mol; además, hay que tener en cuenta las interacciones de Van der Waals entre moléculas próximas, que pueden suponer hasta unos 5 kJ/mol adicionales. Por consiguiente es necesario suministrar mucha energía para hacer que las moléculas de agua se separen. Por esto el agua presenta las temperaturas de fusión y de ebullición, así como el calor específico, más elevado de todas las moléculas similares.