Estructura de la Molécula del Agua
El agua resulta de la unión de un átomo de oxígeno, que posee seis electrones en la última capa, con dos átomos de hidrógeno cada uno de los cuales tiene un electrón en la última capa. El oxígeno comparte sus electrones con los hidrógenos formándose dos enlaces covalentes sencillos. En total intervienen en la unión cuatro pares de electrones que se repelen entre sí. Según la Teoría de Repulsión entre Pares de Electrones de la Capa de Valencia (RPECV), la máxima repulsión coincide con la máxima simetría, por lo que esos cuatro pares de electrones deben estar orientados según los vértices de un poliedro regular de cuatro vértices, es decir, un tetraedro.
La estructura de la molécula del agua corresponde por tanto a la de un tetraedro regular, en cuyo centro hay un átomo de oxígeno y en cada uno de los vértices un par de electrones. En dos de dichos vértices están los átomos de hidrógeno que aportan su electrón para que, de esta forma, el oxígeno tenga ocho electrones, y los hidrógenos dos cada uno.
Por otra parte, al ser el oxígeno muy electronegativo los electrones están parcialmente desplazados hacia él, por lo que la molécula de agua es una molécula polar, es decir, tiene polos eléctricos: el átomo de oxígeno es parcialmente negativo y los hidrógenos son parcialmente positivos.
Debido a la alta electronegatividad del oxígeno las moléculas de agua no están aisladas, sino que se unen entre sí a través de los átomos de hidrógeno formando lo que se conoce como enlace de hidrógeno. De esta forma, cada átomo de oxígeno queda rodeado de cuatro átomos de hidrógeno, de ahí que la fórmula del agua debe ser (H2O)n. Esta característica es sumamente importante porque, gracias a esa unión entre las moléculas, el agua es líquida a la temperatura ordinaria y no un gas como corresponde a una molécula pequeña. Esto se explica porque la energía cinética de las moléculas es función de la temperatura y, en el caso de las moléculas de agua, su pequeña masa haría que tuvieran movilidad suficiente como para estar en estado gaseoso a temperaturas bajas. La unión entre ellas hace que la masa del conjunto sea más grande y por ello a la temperatura ordinaria el estado normal es el líquido.
De esta estructura se derivan las propiedades y anomalías del agua. El agua sólida (hielo) está formada por tetraedros unidos entre sí, entre los que existen espacios libres. Cuando aumenta la temperatura y se alcanzan los 0ºC, algunas de las moléculas superficiales adquieren energía cinética suficiente como para desprenderse y se introducen en esa estructura. Por esto al fundirse el hielo el volumen va disminuyendo hasta que, al llegar a los 4ºC (temperatura a la que el agua adquiere un volumen mínimo), tiene una densidad máxima.
Por el contrario, cuando el agua se solidifica aumenta su volumen. Este aumento de volumen es el responsable de la rotura de tuberías, de las cuñas de hielo que agrietan las rocas (gelifracción) etc., pero también de que, al ser el hielo menos denso que el agua líquida, flote en ella, impidiendo la congelación de la totalidad del agua de los mares, ríos, lagos, etc. En el caso de formarse sobre estas masas de agua una capa de hielo superficial, actuará como aislante del agua líquida inferior preservando las condiciones ambientales de los seres vivos que en ellas habiten
