2) ионных
3) водородных (+)
4) ковалентных
Аномальные физико-химические свойства воды в значительной степени обусловлены системой водородных связей между её молекулами. Молекула воды полярна: атом кислорода имеет частичный отрицательный заряд, а атомы водорода — частичный положительный. Поэтому между соседними молекулами возникают направленные электростатические взаимодействия, формирующие постоянно изменяющуюся пространственную сеть.
Водородные связи слабее ковалентных связей внутри молекулы, однако их большое количество определяет необычно высокие температуры кипения и плавления, значительную теплоёмкость, теплоту испарения и поверхностное натяжение воды. При охлаждении формируется более упорядоченная структура льда, в которой расстояния между молекулами увеличиваются; поэтому лёд имеет меньшую плотность, чем жидкая вода, а максимальная плотность воды наблюдается при 4 °C. Эти свойства имеют важное значение для терморегуляции организма, устойчивости водоёмов к промерзанию и санитарно-гигиенической оценки природных вод.
| Свойство воды | Роль водородных связей | Практическое или биологическое значение |
|---|---|---|
| Высокая температура кипения | Для перехода молекул в пар требуется разрушить значительное число межмолекулярных взаимодействий | Вода сохраняет жидкое состояние в диапазоне температур, совместимом с жизнью |
| Высокая теплоёмкость | Поступающая энергия расходуется не только на повышение температуры, но и на перестройку сети водородных связей | Стабилизация температуры организма и водных экосистем |
| Высокая теплота испарения | Испарение требует разрыва большого количества межмолекулярных связей | Основа охлаждения тела при потоотделении |
| Высокое поверхностное натяжение | Молекулы поверхностного слоя испытывают сильное взаимное притяжение | Влияет на смачивание, капиллярные явления и эффективность некоторых моющих процессов |
| Максимальная плотность при 4 °C | При охлаждении ниже 4 °C усиливается упорядочивание молекул и увеличивается объём структуры | Обеспечивает вертикальную циркуляцию воды в водоёмах и условия для сохранения жизни подо льдом |
| Меньшая плотность льда по сравнению с водой | Кристаллическая решётка льда содержит более рыхлую систему водородных связей | Лёд плавает на поверхности и ограничивает дальнейшее промерзание водоёма |
Ковалентные связи обеспечивают целостность отдельной молекулы воды, но именно водородные связи определяют её ассоциацию в жидкой фазе и особенности кристаллической структуры льда. Сеть этих связей непрерывно разрушается и восстанавливается, поэтому вода сохраняет текучесть, одновременно проявляя свойства структурированной жидкости. В гигиене воды данные особенности важны для понимания процессов теплообмена, замерзания, испарения и поведения воды в природных и искусственных водоисточниках.