Почему вода жидкая?

Короткий ответ: при обычных земных условиях (комнатная температура и атмосферное давление) молекулы H₂O достаточно сильно притягиваются друг к другу, чтобы не разлетаться как газ, но это притяжение не настолько велико, чтобы «запереть» их в жёсткой кристаллической решётке льда. В результате образуется жидкая, текучая фаза.

Чуть подробнее — как это работает:

1. Полярная молекула и водородные связи
   Молекула воды «согнута» (угол ≈104,5°), из-за чего у неё есть заметный дипольный момент. Кислород тянет на себя электронную плотность, а водороды остаются частично положительными. Поэтому соседние молекулы выстраиваются так, что водород одной притягивается к паре электронов кислорода другой — возникает водородная связь. Это межмолекулярное «сцепление» в воде довольно сильное: порядка десятков кДж/моль (условно ~15–25 кДж/моль на связь). Но такие связи живут очень недолго — всего пикосекунды — и постоянно рвутся/перестраиваются. Отсюда и парадоксальная комбинация: сеть связей есть (поэтому вода «липкая» и вязкая), но она динамична (поэтому вода течёт).

2. Почему не газ?
   Чтобы стать газом при 1 атм, молекулам нужно иметь достаточно тепловой энергии, чтобы массово покинуть жидкость, преодолев водородные связи. При комнатной температуре средней энергии теплового движения не хватает, поэтому вода не испаряется полностью. Сравните с H₂S: там почти нет водородных связей (сера гораздо менее электроотрицательна, геометрия другая), межмолекулярное притяжение слабее — в результате H₂S при тех же условиях газ, а у воды кипение только при ~100 °C.

3. Почему не лёд?
   Чтобы стать твёрдым льдом, молекулам нужно упорядочиться в более «открытую» тетраэдрическую решётку, где каждая молекула делает близко к четырём водородным связям. При температурах выше ~0 °C тепловые флуктуации слишком велики: они нарушают порядок быстрее, чем он успевает установиться. Поэтому структура остаётся плотной, но беспорядочной — то есть жидкой. При охлаждении ниже точки плавления хаос уменьшается, решётка закрепляется — образуется лёд.

4. Две «фишки», которые делают воду особенной
   • Сеть водородных связей в жидкости сохраняет в среднем ~3–3,5 связи на молекулу — этого хватает, чтобы поднимать температуры плавления/кипения значительно выше «ожидаемых» для столь лёгкой молекулы.
   • Эта же сеть объясняет «аномалии» воды: высокую теплоёмкость, большую поверхностную натяжение, необычную плотность (лёд легче воды), сравнительно высокие температуры фазовых переходов.

5. Зависимость от условий
   Фазовое состояние воды — вопрос баланса между тепловой энергией (температурой) и межмолекулярным притяжением (водородными связями) при данном давлении. Понизьте давление — вода закипит при более низкой температуре; понизьте температуру — кристаллизуется. На фазовой диаграмме это выражается в характерных линиях плавления и кипения и «тройной точке», где возможны сразу три фазы.

Итого: вода жидкая при наших обычных условиях, потому что её молекулы образуют сильную, но непрерывно перестраивающуюся сеть водородных связей. Теплового движения хватает, чтобы сеть не «застывала» в кристалл, но недостаточно, чтобы полностью её разорвать и превратить воду в газ.