Las moléculas de agua tienen un momento dipolar muy alto, es decir, un lado de la molécula es bastante negativo y el otro bastante positivo. Esto aumenta en gran medida el atractivo de las moléculas de agua para todo tipo de otras moléculas, es decir, especies cargadas como iones de potasio y cloruro u otras moléculas polares como aminoácidos y azúcares y el extremo caboxilo de los ácidos grasos (pero no la cola de hidrocarburos) y el azúcar – columna vertebral de fosfato de ácidos nucleicos (pero no las bases aromáticas). Esto subyace a todas las reacciones bioquímicas que tienen lugar en un ambiente acuoso, es decir, todas ellas.
Las moléculas de agua también son atractivas entre sí, por lo que el agua no hierve hasta 100 grados Celsius. También es la razón por la cual el cristal de hielo es menos denso que el agua líquida muy fría: la atracción intermolecular (¡y la repulsión!) Evita que las moléculas se acurruquen en el montón más apretado que de otro modo podrían adoptar.
La base del momento dipolar alto del agua es la estructura electrónica de la segunda capa del átomo de oxígeno. (El primer caparazón contiene dos electrones y está feliz de sentarse allí). El segundo caparazón se compone de una subcapa esférica y tres subcapas p en forma de mancuerna que se encuentran en ángulo recto entre sí. Sin embargo, estos siempre se hibridan (es decir, encuentran otra forma de resolver la ecuación de onda de Schrodinger). Forman cuatro conchas sp3 idénticas, que son mancuernas asimétricas dispuestas tetraédricamente. El átomo de oxígeno distribuye sus seis electrones restantes (tiene ocho en total) entre estas subcapas llenando dos con dos electrones y dejando a los otros dos con un electrón cada uno. Cada una de estas subcapas medio vacías toma el electón único de un átomo de hidrógeno para completar la segunda capa y lograr la estabilidad. (Los átomos de hidrógeno también logran estabilidad de esta manera).
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Las dos subcapas sp3 con dos electones se denominan “pares solitarios” y, al tener dos electrones pero ningún núcleo de hidrógeno cercano, son claramente negativos. Las otras dos subcapas son claramente positivas, ya que tienen que ser para lograr la neutralidad eléctrica general. Además, el átomo de oxígeno es un tanto codicioso de sus electrones y los acapara, dejando los núcleos de hidrógeno un poco expuestos, por lo tanto, aún más positivos. Es por eso que el agua tiene un momento dipolar tan alto. También explica por qué los átomos de hidrógeno sobresalen en ángulo entre sí en lugar de estar en línea recta.
