H2O: Sauerstoffverbindung des Wasserstoffs, genaue chemische Bezeichnung: Wasserstoffoxid. Wasser entsteht bei der Verbrennung von Wasserstoff gemäß folgender Gleichung: H2 + 1/2 O2 → H2O; ΔH = -286,0 kJ.
Die hohe negative Bildungsenthalpie zeigt die Beständigkeit des Wassermoleküls, das nur durch Zufuhr der gleichen Energiemenge wieder in seine Bestandteile zerlegt werden kann (bei 2000 °C sind erst 2 % der Wassermoleküle gespalten). Die große Elektronegativitätsdifferenz (Elektronegativität) von 1,4 Einheiten zwischen Wasserstoff und Sauerstoffatomen bedingt eine starke Polarisierung der Wassermoleküle und damit die Ausbildung starker Wasserstoffbrückenbindungen (zwischenmolekulare Kräfte) zwischen den Wassermolekülen. Wasser ist somit im flüssigen und festen Zustand nicht monomer, sondern polymer. Nur im Gaszustand existieren einzelne Wassermoleküle, der Verdampfung des Wassers geht damit eine Depolymerisation voraus. Wassermoleküle besitzen ein starkes Dipolmoment (6,2 • 10–30 C • m), da sie gewinkelt gebaut sind und in ihnen polare Bindungen vorliegen; der Winkel beträgt 104° 40’.
Reines Wasser ist geschmack-, geruch- und farblos, Schmelzpunkt 0 °C, Siedepunkt 100 °C (bei 1013 hPa). Diese beiden Umwandlungspunkte sind die Fixpunkte der Celsius-Skala für die Temperaturmessung.
Wasser zeigt bezüglich der Dichte ein anomales Verhalten: Erwärmt man Wasser im Temperaturbereich zwischen 0 °C und 4 °C, so zeigt sich nicht, wie zu erwarten, eine Volumenzunahme, sondern eine Volumenabnahme. Die Raumausdehnungszahl für Wasser ist in diesem Temperaturbereich also negativ. Erst oberhalb von 4 °C verhält sich das Wasser dann wieder normal, d. h. , eine Temperaturerhöhung hat dann wieder eine Volumenzunahme zur Folge. Da die Dichte ρ gleich dem Quotienten aus der Masse m und dem Volumen V ist und da die Masse temperaturunabhängig ist, hat Wasser folglich bei 4 °C seine größte Dichte. Aufgrund dieser Erscheinung und der Tatsache, dass Wasser im festen Zustand eine geringere Dichte hat als im flüssigen, frieren stehende Gewässer von oben nach unten zu.