Каждая молекула воды может образовать четыре водородных связи: две возникают при взаимодействии неподеленных электронных пар атома кислорода с атомами водорода соседних молекул воды и две дают атомы водорода, взаимодействующие с атомами кислорода двух других молекул воды. Водородная связь возникает в результате внедрения очень малого по размерам положительно поляризованного атома водорода одной молекулы в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома кислорода другой молекулы воды. Длинна водородной связи О…Н изменяется в пределах от 0,14 до 0,2 нм. Энергия ее составляет 17-33 кДж/моль. Существованием водородных связей объясняется аномально высокая температура плавления воды по сравнению с водородными соединениями аналогов кислорода (H2S, H2Se, H2Te). Водородные связи и донорно-акцепторные взаимодействия способствуют возникновению высокой упорядоченности внутренней структуры в жидкой воде. Водородные связи обусловливают высокое внутреннее давление, которое способствует появлению у воды некоторых особых свойств.

Рассмотрим структуру воды в различных агрегатных состояниях.

Лед обладает электропроводностью около 10-9 Ом-1 *см-1 при температуре – 100С. Электропроводность льда Бьеррум объясняет существованием ионизационных дефектов в кристалле льда. Ионы могут образоваться при переходе протона тот одной молекулы воды к другой по схеме 2Н2О↔Н3О++ОН-.

Водяной пар состоит главным образом из одиночных молекул воды, но в нем встречаются и ассоциированные молекулы (ди- и тримеры).