Okrem otvorených a rozvetvených reťazcov molekúl môžu sa tvoriť vodíkové väzby kruhové a priestorové a priestorové zhluky molekúl.

Röntgenografický výskum ľadu dokázal, že v takto vznikajúcich priestorových útvaroch je atóm kyslíka obklopený štyrmi vodíkovými atómami zo susedných molekúl vody, ktoré sú umiestnené vo vrcholoch pravidelného štvorstenu. Tieto základné štvorstenové zhluky sa potom spájajú do šeťštvorcovej mriežky ľadových kryštálov. V priestorovej mriežke tohto typu sú veľké prázdne priestory. To je príčinou menšej hustoty ľadu ako kvapalnej vody. Pri premene na kvapalnú vodu nastáva iné, úspornejšie priestorové usporiadanie jednotlivých molekúl vody a to je spojené so zmenou hustoty pri rôznych teplotách.

Na rozrušenie prípadne úplné zrušenie vodíkových väzieb (mostíkov) je potrebné dodať určité množstvo energie. Z toho vyplýva, prečo má voda tak vysoké hodnoty skupenských tepiel, teplotu topenia a varu. Obraz štruktúry kvapalnej vody je svojím rýchlym preskupovaním jednotlivých štruktúr spolu s nepretržitým pohybom molekúl neobyčajne zložitý a dynamický.


2. Zmena skupenstva vody


Zohrievaním vody stúpa jej teplota až do dosiahnutia teploty varu, keď sa voda mení na paru. Ďalším zohrievaním zostáva teplota stála, závisí len od atmosférického tlaku. Pre zmeny, ktorým podlieha vodná para, hlavne pokiaľ ide o závislosť medzi tlakom a objemom, hustotou a teplotou, platia rovnaké fyzikálne zákony ako pre plyny. Teplota varu vody je vzhľadom na pomerne melú relatívnu molekulovú hmotnosť vody veľmi vysoká (100 0C pri 101,325 kPa). Podobne je to i s teplotou topenia ľadu (0 0C pri 101,325 kPa). Je to spôsobené s tým, že na rozrušenie väzieb tvorených vodíkovými mostíkmi medzi molekulami v kvapalnej vode i ľade je potrebné značné množstvo energie. Tým sa vysvetľuje i pomerne vysoká hodnota špecifického skupenského tepla topenia (333,3 kJ.kg-1) a vyparovania , príp. varu (2257 kJ.kg-1).

Zmeny skupenstva vody môžeme znázorniť týmito schémami:






Množstvo tepla, potrebné na zmenu skupenstva sa nazýva skupenské teplo a je to skupenské teplo topenia alebo tuhnutia a skupenské teplo vyparovania alebo kondenzačné. Ak ho vzťahujeme na 1 mól vody (18,0153 g vody) hovoríme o mólovom teple topenia alebo tuhnutia, alebo o mólovom teple vyparovania alebo kondenzácie. Z mólového tepla topenia alebo tuhnutia, vyparovania alebo kondenzácie možno vypočítať príslušné merné teplo. Molárne výparné teplo vody je 40,65 kJ.mol-1 a výparné teplo vody je 2258,5 kJ.mol-1.

Pri bode topenia je tuhá fáza – ľad v rovnováhe s kvapalinou – vodou a tento stav môže trvať ľubovoľne dlho. Bod topenia vody bol zvolený za začiatočný bod teploty stupnice Celsiovho a Reamurovho teplomera.

Ak zohrievame kvapalnú vodu, len časť dodaného tepla spôsobuje zvýšenie teploty, kým zvyšok sa spotrebuje na trhanie vodíkových mostíkov.