Su molécula está constituida por dos átomos de hidrógeno unidos en forma covalente a uno de oxígeno, es altamente polar, no es lineal y crea estructuras tridimensionales debido a la hibridación de las órbitas moleculares s y p del oxígeno; las 1s del hidrógeno comparten dos electrones con las híbridas sp3 del oxígeno. A su vez, este elemento tiene un par de electrones libres considerados como dos fuerzas separadas que, junto con los dos enlaces covalentes, establece una molécula con forma imaginaria de tetraedro. Se observa que los radios de Van der Waals del hidrógeno y del oxígeno son de 0.12 nm (1.2 A) y 0.14 nm, respectivamente: que la longitud del enlace covalente es de 0.096 nm y que el ángulo formado es de 104.5°.
Representación esquemática de la molécula de agua: a) y b)estructura tetraédrica imaginaria formada por las órbitas sp3 del oxígeno; c) dimensiones de la molécula de agua.
En el agua existe una diferencia de electronegatividades, debido a que el oxígeno tiene un gran poder de atracción por los electrones de los dos hidrógenos, lo que ocasiona que éstos desarrollen una carga parcial positiva ẟ (+) temporal y que el átomo de oxígeno desarrolle una carga parcial doble negativa 2 ẟ (-) temporal; esto hace que se produzca un momento dipolar muy fuerte, como un mini imán, cuya dirección se observa en las figuras anteriores. Es decir, esta molécula no tiene una carga específica, pero si un dipolo eléctrico potente que le permite crear puentes de hidrógeno estables con otras moléculas iguales o diferentes, pero de naturaleza polar. El momento dipolar que se establece se observa como una orientación de la molécula en un campo eléctrico con la parte negativa hacia el ánodo y la positiva hacia el cátodo.
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