2.14: Stati dell'acqua
L'acqua esiste in tre stati principali: solido (ghiaccio), liquido e gas (vapore). L'acqua di stato è in dipende dalle forze intermolecolari che attingono le molecole d'acqua insieme e l'energia cinetica che li allontana.
L'acqua si congela quando le forze intermolecolari sono maggiori dell'energia cinetica. A differenza della maggior parte delle altre sostanze, l'acqua è meno densa nel suo stato solido di quanto non lo sia nel suo stato liquido. Questo perché ogni molecola d'acqua è in grado di legare con quattro molecole, formando un'organizzazione tetraedrica distanziata. Questa caratteristica dell'acqua permette al ghiaccio di galleggiare. Senza ghiaccio galleggiante, i corpi d'acqua si congelano dal basso verso l'alto, uccidendo la vita acquatica.
Quando l'energia cinetica viene applicata al ghiaccio sotto forma di calore, il ghiaccio si scioglie in acqua liquida. In questo stato, i legami tra molecole d'acqua si rompono costantemente e si formano di nuovo. Quando il ghiaccio si scioglie, la temperatura dell'acqua rimane al punto di fusione fino a quando l'intero volume è liquido. Solo allora la temperatura dell'acqua aumenterà oltre il punto di fusione.
Come l'energia cinetica prevale sulle forze intermolecolari, l'acqua liquida (o anche il ghiaccio) si trasforma in un gas. Il processo di generazione di vapore da acqua liquida è chiamato vaporizzazione. L'aumento dell'energia cinetica può verificarsi all'interno del campione, come con l'ebollizione, o può accadere in superficie quando l'acqua evapora. Il processo mediante il quale un gas viene generato direttamente da un solido, senza prima passare attraverso una fase liquida, è chiamato sublimazione. Questa transizione dipende dalla bassa pressione atmosferica, aumentando gli effetti dell'energia cinetica.
Quando l'energia cinetica scende, il vapore può passare in un liquido, un processo chiamato condensazione, o direttamente in un solido, un processo chiamato deposizione o desublimazione. La condensa spiega la pioggia, e la deposizione rappresenta la neve.
Nella ricerca di altri pianeti biocompatibili, la presenza di acqua è una caratteristica cruciale, soprattutto in forma liquida, perché la vita sulla Terra è iniziata nell'acqua. Encelado è una luna ghiacciata di Saturno che ha pennacchi d'acqua o geyser sul suo polo meridionale. Questo inizialmente ha generato molto dibattito sul fatto che Encelado abbia acqua liquida sotto il ghiaccio, poiché i pennacchi sono stati trovati per trasportare sia vapore che ghiaccio. Tuttavia, l'orbita lunare intorno a Saturno e altri indizi suggeriscono la presenza di un vasto oceano liquido a Encelado, rendendolo potenzialmente ospitale per tutta la vita.
