Su, Dünya'da en bol bulunan ve en tanıdık maddelerden biridir. Musluğu açtığımızda akan, yağmur olarak yağan ve bedenimizin büyük bölümünü oluşturan bu madde, o kadar sıradan görünür ki onun ne kadar olağanüstü özelliklere sahip olduğunu çoğu zaman fark etmeyiz. Oysa kimyacılar için su, pek çok bakımdan tuhaf bir maddedir. Benzer büyüklükteki diğer moleküllerle karşılaştırıldığında, suyun davranışları beklenenden belirgin biçimde farklıdır. Bu farklılıkların çoğu, yeryüzündeki yaşamın varlığı için hayati önem taşır.

Suyun özelliklerinin sırrı, molekülünün yapısında yatar. Bir su molekülü, bir oksijen atomuna bağlı iki hidrojen atomundan oluşur. Ancak bu atomlar düz bir çizgi üzerinde değil, bir açı oluşturacak biçimde dizilmiştir. Ayrıca oksijen atomu, elektronları hidrojen atomlarından daha güçlü çeker. Bu nedenle molekülün oksijen tarafı hafifçe negatif, hidrojen tarafları ise hafifçe pozitif yüklenir. Bu yük dağılımına sahip moleküllere polar moleküller adı verilir.

Polar yapısı nedeniyle su molekülleri birbirini çeker. Bir molekülün hafifçe pozitif yüklü hidrojen atomu, komşu molekülün hafifçe negatif yüklü oksijen atomuna doğru yönelir. Bu çekime hidrojen bağı adı verilir. Hidrojen bağları, atomları molekül içinde bir arada tutan bağlardan çok daha zayıftır; ancak sayıları çok fazla olduğu için suyun davranışını büyük ölçüde belirler. Sıvı sudaki moleküller, sürekli olarak hidrojen bağları kurup bozarak birbirine tutunmayı sürdürür.

Hidrojen bağlarının ilk önemli sonucu, suyun beklenenden çok daha yüksek bir kaynama noktasına sahip olmasıdır. Suya benzer büyüklükteki pek çok molekül, oda sıcaklığında gaz hâlindedir. Eğer su molekülleri arasında hidrojen bağları olmasaydı, suyun da oda sıcaklığında gaz hâlinde bulunması ve sıfırın çok altındaki sıcaklıklarda kaynaması beklenirdi. Böyle bir durumda Dünya'da sıvı su ve dolayısıyla bildiğimiz yaşam bulunamazdı.

Suyun belki de en şaşırtıcı özelliği, katı hâlinin sıvı hâlinden daha az yoğun olmasıdır. Maddelerin büyük çoğunluğu katılaştığında moleküller birbirine daha çok yaklaşır ve madde daha yoğun hâle gelir. Su ise donduğunda, hidrojen bağları moleküllerin düzenli ve boşluklu bir kristal yapı oluşturmasına yol açar. Bu nedenle buz, sıvı sudan daha az yoğundur ve suyun üzerinde yüzer. Suyun en yoğun olduğu sıcaklık ise yaklaşık dört santigrat derecedir.

Bu özelliğin doğadaki sonuçları son derece önemlidir. Kışın göllerin yüzeyi soğudukça, dört dereceye kadar soğuyan su yoğunlaşarak dibe çöker. Daha da soğuyan su ise yüzeyde kalır ve sonunda donar. Yüzeyde oluşan buz tabakası, alttaki suyu dış ortamın soğuğuna karşı yalıtır. Böylece gölün dibindeki su donmadan kalır ve balıklar ile diğer canlılar kışı orada geçirebilir. Eğer buz sudan daha yoğun olsaydı, göller dipten itibaren donar ve içlerindeki yaşamın büyük bölümü yok olurdu.

Suyun bir başka olağanüstü özelliği de ısı tutma kapasitesinin yüksek olmasıdır. Suyun sıcaklığını değiştirmek için, pek çok başka maddeye göre çok daha fazla enerji gerekir. Bu nedenle denizler ve okyanuslar, yaz boyunca büyük miktarda ısı depolar ve kışın bu ısıyı yavaş yavaş geri verir. Kıyı bölgelerinin iklimi, iç bölgelere göre daha ılıman olmasının nedeni budur. Aynı özellik, bedenimizin sıcaklığının dış ortamdaki değişikliklerden fazla etkilenmeden sabit kalmasına da yardımcı olur.

Suyun buharlaşması da büyük miktarda enerji gerektirir. Terlediğimizde derimizin üzerindeki ter buharlaşırken bedenimizden ısı alır ve bizi serinletir. Bu nedenle su, bedenimizin en etkili soğutma sistemlerinden biridir. Bitkiler de yapraklarından su buharlaştırarak sıcak günlerde aşırı ısınmaktan korunur. Benzer biçimde suyun buharlaşması ve yoğunlaşması, Dünya'nın farklı bölgeleri arasında büyük miktarda ısının taşınmasını sağlayarak iklimin şekillenmesinde rol oynar.

Su, aynı zamanda son derece iyi bir çözücüdür. Polar yapısı sayesinde tuzlar ve şekerler gibi pek çok maddeyi çözebilir. Bu nedenle bazen evrensel çözücü olarak adlandırılır. Bedenimizde besinlerin, minerallerin ve atık maddelerin taşınması, büyük ölçüde suyun bu özelliğine dayanır. Hücrelerdeki kimyasal tepkimelerin büyük çoğunluğu da su içinde çözünmüş moleküller arasında gerçekleşir. Ancak su, yağ gibi polar olmayan maddeleri çözemez. Bu özellik de hücre zarlarının oluşmasında belirleyici bir rol oynar.

Suyun yüzey gerilimi de oldukça yüksektir. Su molekülleri yüzeyde birbirini güçlü biçimde çektiği için suyun yüzeyi ince ve esnek bir zar gibi davranır. Bazı böceklerin suyun üzerinde batmadan yürüyebilmesi bu özellik sayesindedir. Yüzey gerilimi ve suyun dar borulara tutunma eğilimi, suyun bitkilerin köklerinden en yüksek yapraklarına kadar taşınmasına da katkıda bulunur.

Gökbilimciler, başka gezegenlerde yaşam ararken öncelikle sıvı suyun bulunabileceği yerlere odaklanır. Bunun nedeni, suyun yukarıda sayılan özelliklerinin bildiğimiz yaşam için vazgeçilmez olmasıdır. Sıradan görünen bu küçük molekül, gezegenimizi yaşanabilir kılan en önemli etkenlerden biridir.