thumb|Uma gota de água e a depressão côncava e rebote na água causada por algo caindo na superfície da água
thumb|bloco de gelo (água no estado sólido)
Água (fórmula química: H2O) é uma substância química cujas moléculas são formadas por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. É abundante no Universo, nomeadamente na Terra, onde cobre grande parte de sua superfície e é o maior constituinte dos fluidos dos seres vivos. As temperaturas do planeta permitem a ocorrência da água em seus três estados físicos principais. A água líquida, que em pequenas quantidades parece incolor, mas manifesta sua coloração azulada em grandes volumes, constitui os oceanos, rios e lagos que cobrem quase três quartos da superfície do planeta. Nas regiões polares, concentram-se as massas de gelo e vapor constitui parte da atmosfera terrestre. Mais especificamente, a água líquida tem duas fases líquida com grandes diferenças de estrutura e densidade.
A água possui uma série de características peculiares em relação a outros elementos químicos, como sua dilatação anômala (ela se dilata quando congelada, enquanto a maioria das substâncias se contrai quando se solidifica), o alto calor específico e a capacidade de dissolver um grande número de substâncias, entre outras características estranhas. De fato, estas peculiaridades foram favoráveis para o surgimento da vida nos oceanos primitivos da Terra, bem como propiciaram sua evolução. Atualmente, todos os seres vivos existentes precisam da água para sua sobrevivência.
Embora os oceanos cubram a maior parte da superfície terrestre, sua água é inadequada para o consumo humano por conta de sua salinidade. Somente uma pequena fração disponível sobre a superfície dos continentes que contém poucos sais dissolvidos, a água doce, está disponível para consumo direto. Contudo, sua distribuição não é uniforme, o que faz com que diversas regiões sofram de escassez hídrica. As atividades humanas, principalmente a agricultura, possuem grandes necessidades de retirada de água de seu leito natural, o que tem afetado negativamente sua distribuição sobre os continentes, bem como da água subterrânea.
A poluição hídrica compromete a qualidade da água, prejudicando a biodiversidade, bem como o abastecimento de água e a produção de alimentos. Além disso, uma parcela considerável da população mundial ainda não tem acesso à água potável, o que traz diversos problemas de saúde. A água é indispensável no modo de vida da humanidade, de forma que está fortemente ligada à cultura de todos os povos da Terra. Diante dos problemas advindos do mau uso dos recursos hídricos, surge uma nova consciência de que é necessário utilizar a água racionalmente.
Propriedades físicas e químicas
A água é uma substância química cujas moléculas são formadas por dois átomos de hidrogênio covalentemente ligados a um átomo de oxigênio, sendo sua fórmula química dada por H2O. A geometria de equilíbrio para uma molécula isolada possui dimensões de 0,0958 nanômetros nas ligações O-H, e um ângulo H-O-H de 104°27'. Estas moléculas interagem entre si sobretudo através da formação de pontes ou ligações de hidrogênio (que ocorrem quando átomos de hidrogênio são atraídos por átomos de oxigênio, mais eletronegativamente carregados), o que faz com que as moléculas, no estado líquido, fiquem 15% mais próximas entre si do que se agissem somente sob forças de Van der Waals, embora estas ligações também restrinjam o número de moléculas vizinhas para tipicamente quatro. A eletrólise da água permite a quebra das ligações atômicas, separando o hidrogênio e o oxigênio com a passagem de uma corrente elétrica.
A água manifesta-se em seu estado líquido sob temperaturas entre 0 °C e 100 °C e pressão de uma atmosfera. As características físicas da água apresentam diversas anomalias quando comparadas com as propriedades típicas de outros líquidos. Alguns exemplos são o ponto de fusão, a densidade, a capacidade de calor e no total, existem mais de 70 propriedades da água que diferem da maioria dos líquidos. Uma propriedade notável é que a água pode existir como dois líquidos diferentes a baixas temperaturas onde a cristalização do gelo é lenta. Outra propriedade, uma das mais notáveis é a sua dilatação anômala, sendo que a sua densidade máxima ocorre a aproximadamente 4 °C, expandindo-se tanto com o aumento quanto com a diminuição da temperatura. Este fato deve-se à quantidade de ligações de hidrogênio que formam-se conforme a temperatura diminui, sendo que o máximo número de ligações em cada molécula (seis) ocorre a 4 °C, quando as moléculas estão mais próximas ocorrendo, portanto, a maior densidade. Os pontos de fusão e ebulição da água são muito maiores do que seria predito baseado em modelos que levam em conta seu massa molecular, como em comparação com substâncias como sulfeto de hidrogênio (H2S) e seleneto de hidrogênio (H2Se).
Na fase líquida, a água é uma substância inodora, insípida e transparente. Em pequenas quantidades, é incolor, assim como o gelo. Em grandes quantidades, no entanto, tanto na água líquida como sólida torna-se evidente sua coloração intrínseca azulada. Vapor de água é um gás transparente.
Dentre outras anomalias da água, destacam-se seu alto calor latente de vaporização, sua elevada capacidade térmica, além da considerável mudança de propriedades entre água líquida a baixas e altas temperaturas. Conforme água resfriada é aquecida, a velocidade do som através de si cresce, seu volume diminui, seu índice de refração aumenta, a solubilidade de gases se torna maior e a condutividade térmica passa a crescer. Contudo, se água quente é aquecida, ocorre exatamente o oposto. A água possui, ainda, uma alta tensão superficial, menor somente que a tensão superficial do mercúrio dentre os líquidos comuns. Muitas destas propriedades são também atribuídas às ligações de hidrogênio entre as moléculas.
Pelo fato de a molécula de água não ser linear e a eletronegatividade do oxigênio ser maior do que a do hidrogênio, ocorre o aparecimento de regiões positivas e negativas na própria molécula sendo, portanto, uma molécula polar (dipolo). Por este motivo, a água é um ótimo solvente para substâncias iônicas, como sais, ácidos e bases. As ligações de hidrogênio contribuem para solubilidade de outros compostos que possuem hidrogênio ou oxigênio em sua composição. Pelo mesmo motivo, proteínas e partículas minúsculas podem ser mantidas em suspensão na água, formando um coloide. A água é, ainda, um bom solvente para alguns gases e substâncias orgânicas. Entretanto, graxas e óleos não se dissolvem em água.
Em uma reação química, as moléculas de água podem doar um próton (H+), formando uma hidroxila, OH-, ou receber um próton, formando o hidroxônio, H3O+. De fato as moléculas de água doam e recebem prótons entre si, o que é chamado de autoionização da água. Embora ocorra em pequena extensão, este fenômeno é determinante, pois permite que a água aja como ácido ou base em uma dada reação. Pela presença desses íons, a água possui uma pequena condutividade elétrica.
A água em sua fase sólida forma o gelo. Em geral a estrutura cristalina é formada por uma rede de moléculas orientadas conforme as pontes de hidrogênio. Entretanto, este arranjo pode se dar de diversas formas, sendo conhecidas pelo menos 17 formas cristalinas diferentes para o gelo, cada uma formada sob diferentes condições de temperatura e pressão. Nas condições comumente encontradas na Terra, forma-se o gelo Ih, no qual as moléculas se arranjam em estruturas hexagonais. Em 2016, uma equipe de pesquisa previu uma nova forma molecular de gelo com uma baixa densidade recorde. Se o gelo puder ser sintetizado, se tornaria a 18a forma cristalina conhecida de água. A densidade do gelo é menor do que a da água líquida, e portanto, flutua na mesma.
O ponto triplo da água, ou seja, as condições na qual a água pode coexistir tanto em estado físico, sólido ou gasoso, são à temperatura de 0,01 °C e pressão de 612 Pa. A ebulição da água sob as condições ambiente de pressão (1 atm) ocorre a 100 °C, dando origem ao vapor de água. A 373,9 °C e pressão de 22,064 MPa, ocorre o ponto crítico, além do qual não há a distinção entre as fases líquida e gasosa caracterizando, portanto, um fluido supercrítico. As propriedades da água sob tais condições são fortemente alteradas, ocorrendo mudanças tal como o aumento de sua reatividade química e de sua autodissociação.
A água pode apresentar em sua composição isótopos dos elementos hidrogênio e oxigênio. A água pesada é formada por dois átomos de deutério, estáveis e não radioativos, e um de oxigênio, sendo que existe aproximadamente um átomo de deutério em cada 6 700 átomos de hidrogênio na água do mar. Recebe esta denominação pelo fato de que os átomos de deutério possuem maior massa resultando, assim, na maior densidade da água o que ocasiona, também, algumas pequenas diferenças a nível molecular. Uma proporção diminuta é ainda formada pela ligação entre hidrogênio e trítio, radioativo que decai com uma meia vida de aproximadamente doze anos. Essas variedades de água pesada são utilizadas principalmente em usinas de fissão nuclear e na fabricação de bombas de hidrogênio, respectivamente.
Dada sua importância, a água é utilizada como padrão para a definição de diversas grandezas físicas. Uma das definições de massa atribui a um quilograma a massa correspondente a um cubo com dez centímetros de lado (volume equivalente a um litro) de água pura a 4 °C. Devido aos diferentes isótopos presentes na água, definiu-se, ainda, o teor médio de isótopos, de acordo com o teor comumente encontrado nos oceanos. A escala Celsius é uma escala de temperatura definida na qual 0 °C representa o ponto de fusão do gelo e 100 °C a temperatura de ebulição da água à pressão atmosférica do nível do mar, razão pela qual esta escala também recebe o nome de centígrada. A caloria, por sua vez, é definida como a quantidade de energia necessária para aumentar a temperatura de um grama de água pura de 14,5 °C para 15,5 °C a pressão atmosférica padrão.
Ocorrência
thumb|alt=Nebulosa com um brilho central de onde irradiam dois lóbulos de gás|Análises espectrais da Nebulosa Gelada de Leão, uma nebulosa protoplanetária, mostraram abundância de água sob a forma de cristais de gelo.
Os primeiros átomos de hidrogênio, elemento mais simples, formaram-se logo após o Big Bang, espalhando-se por todo o Universo primordial. Milhões de anos se passaram, quando nuvens deste elemento colapsaram gravitacionalmente. Conforme estes corpos agregavam massa, o núcleo se tornava cada vez mais quente e submetido a pressões cada vez maiores, até que os núcleos atômicos se fundissem liberando, assim, grande quantidade de energia e dando nascimento às primeiras estrelas. A fusão nuclear em estrelas cada vez maiores criou núcleos atômicos cada vez mais pesados, dentre eles o oxigênio. Assim, ao fim de sua existência, a estrela ejeta no espaço estes novos elementos criados. Desta forma, a água é comumente encontrada no meio interestelar, já que, no estágio atual de evolução do Universo, ambos os constituintes da água estão entre os elementos mais abundantes. Contudo, acredita-se que seu processo de formação seja auxiliado pela presença de grãos de poeira no meio, que facilitam a ligação entre os átomos de hidrogênio e oxigênio.
Abundância no Sistema Solar thumb|Europa, um satélite de Júpiter, possui grande quantidade de água em sua formação. A água é comum por todo o Sistema Solar