Schemat wiązań wodorowych między cząsteczkami wody (wg Wikipedii).

Klasyczne wiązanie wodorowe tworzy się, gdy atom wodoru jest kowalencyjnie związany z atomem silnie elektroujemnym. W obecności innej takiej samej cząsteczki atom wodoru jest przez nią nieco odciągany od swego atomowego partnera, co osłabia wewnętrzne wiązanie w cząsteczce, ale powoduje utworzenie słabego wiązania elektrostatycznego dwóch cząsteczek.

Zbadajmy dokładniej niektóre własności wiązań wodorowych w oparciu o dane liczbowe łatwe do znalezienia w różnego rodzaju tablicach fizycznych. Tabelka na marginesie przedstawia wartości ciepeł sublimacji trzech par substancji izoelektronowych, tj. każda z cząsteczek danej pary ma tyle samo elektronów (choć liczba ta jest różna dla różnych par). Wiedząc, że we wszystkich przypadkach pomiędzy cząsteczkami występuje oddziaływanie van der Waalsa, a tylko cząsteczki H O tworzą wiązania wodorowe, możemy oszacować wartość ciepła sublimacji hipotetycznej postaci lodu, w której cząsteczki związane są jedynie siłami van der Waalsa, a następnie wyznaczyć energię wiązania wodorowego w lodzie. Stosunek ciepeł sublimacji dla drugiej i trzeciej pary ma wartość około   Możemy więc przyjąć w przybliżeniu, że taki sam byłby on dla pierwszej pary, gdyby dla H O nie istniały wiązania wodorowe. Wtedy ciepło sublimacji wody byłoby równe nie 51 kJ/mol, lecz  kJ/mol. Zważywszy na fakt, że cząsteczka wody ma dwa protony, stwierdzamy, iż energia pojedynczego wiązania wodorowego jest połową różnicy rzeczywistej i obliczonej wyżej wartości ciepła sublimacji, zatem otrzymujemy energię wiązania wodorowego w wodzie równą około 20 kJ/mol.

Co się dzieje z wiązaniami wodorowymi, kiedy lód topnieje? Ciepło topnienia lodu wynosi  kJ/mol. Ciepło topnienia metanu jest znacznie niższe i wynosi  kJ/mol. Na podstawie tych liczb możemy oszacować, jaka część wiązań wodorowych w lodzie ulega rozerwaniu w wyniku topnienia. Energię potrzebną do rozerwania wiązań wodorowych w lodzie podczas topnienia możemy wyznaczyć jako różnicę między ciepłami topnienia lodu i metanu; wynosi ona więc około  kJ/mol. Obliczyliśmy wcześniej, że całkowita energia wiązań wodorowych wynosi około 40 kJ/mol, a zatem rozpadowi ulega jedynie około 1/8 wszystkich wiązań wodorowych.

Okazuje się, że jest to oszacowanie mocno zawyżone. Z doświadczenia wynika, iż zerwaniu ulega znacznie mniejsza liczba wiązań wodorowych, co oznacza, że nasze wyniki należy interpretować jako miarę zmiany energii wiązań wodorowych związaną z ich deformacją. Używając pojęć mechanicznych, moglibyśmy wyobrażać sobie, że wiązania te są rozciągane i skręcane.

Wiązania wodorowe są odpowiedzialne, między innymi, za anomalną rozszerzalność wody. Jak zobaczyliśmy, topnienie lodu niszczy je tylko w niewielkim stopniu, dlatego objętość wody nie różni się znacząco od objętości lodu, z którego powstała. W odpowiednio niskich temperaturach (od   do  ) występowanie wiązań wodorowych znacząco wpływa na odległości i wzajemne ustawienie cząsteczek wody. Dzięki temu w opisywanym zakresie temperatur gęstość wody rośnie ze wzrostem temperatury.

Warto tu przy okazji wspomnieć o szarlatanerii nazywanej homeopatią. Środki (bo nie są to żadne leki) homeopatyczne to wodne roztwory (czego – to bez większego znaczenia) o tak silnym stopniu rozcieńczenia, że prawdopodobieństwo napotkania cząsteczki substancji rzekomo czynnej jest mniejsze od prawdopodobieństwa trafienia szóstki w lotto. Jak zatem coś takiego mogłoby leczyć? Niesławnej pamięci immunolog francuski, Jacques Benveniste, twierdził, że udowodnił istnienie zjawiska pamięci wody. Otóż substancja rozpuszczana miałaby pozostawiać po sobie informację zawartą w drganiach cząsteczek lub w ich strukturze. Teoria ta została wielokrotnie sfalsyfikowana doświadczalnie.

Mimo to istnieją żerujące na ludzkiej naiwności firmy produkujące i sprzedające urządzenia, które rzekomo zmieniają strukturę wody. „Żywa woda” – jak nazywają wynik działania tych maszynek – różni się od tej złej, czyli „martwej”, tym, że ma strukturę heksagonalną. Z tego, co powiedzieliśmy powyżej, wiemy, że taka struktura jest w wodzie obecna zawsze, przynajmniej w niezbyt wysokich temperaturach. Odważny Czytelnik Delty, ryzykując sądowy pozew, bez trudu może udowodnić „specjaliście” od wody heksagonalnej jego oszustwo. Gdyby w „złej” wodzie poddanej działaniu urządzenia uzdatniającego powstawała heksagonalna struktura, powinna wzrosnąć objętość wody. A to jest akurat bardzo łatwe do sprawdzenia.