Figura. Geometría molecular del agua

 Geometría molecular del agua. La figura presenta dos formas complementarias de representar H₂O: la estructura de enlaces y el modelo de esferas. En ambas, el oxígeno ocupa la posición central y se une a dos hidrógenos mediante enlaces sigma O–H. La estructura de enlaces añade dos pares de electrones no enlazantes alrededor del oxígeno; estos pares no se conectan con otros núcleos, pero ocupan espacio. El modelo de esferas muestra que los átomos no forman una línea recta ni una disposición plana abierta, sino una figura angular o doblada. El ángulo H–O–H medido es cercano a 104,5°.

Alrededor del oxígeno existen cuatro regiones de densidad electrónica: dos regiones enlazantes y dos pares solitarios. El arreglo electrónico de esas cuatro regiones es tetraédrico, pues así se maximiza su separación. Sin embargo, la geometría molecular considera únicamente las posiciones de los átomos; por ello, al observar solo los dos hidrógenos, la forma resultante es angular. Los pares no enlazantes repelen con mayor intensidad que los pares en los enlaces O–H. Como consecuencia, comprimen el ángulo desde el valor tetraédrico ideal de 109,5° hasta 104,5°. La forma angular de H₂O es, entonces, una consecuencia directa de la distribución de sus electrones de valencia.

Esta geometría también explica las propiedades extraordinarias del agua como sustancia. El oxígeno atrae con mayor fuerza la densidad electrónica de cada enlace O–H y, debido a la forma angular, los dipolos de ambos enlaces no se cancelan. El agua posee un momento dipolar neto y es una molécula polar. Su polaridad y sus pares libres permiten formar puentes de hidrógeno entre moléculas vecinas. Estas interacciones elevan sus temperaturas de fusión y ebullición, favorecen su capacidad como disolvente y contribuyen a la cohesión, tensión superficial y capilaridad. Por ello, la molécula de agua tiene un papel en procesos biológicos, ambientales y tecnológicos.