Задайте вопрос экспертам по воде

Вы затрагиваете большую область науки. Так что совершенно подробно я ответить не смогу, поскольку нужна была бы огромная статья.
Но если коротко, то вот:
Химические методы исследования вообще основаны на изучении химических реакций данного вещества, и в случае с водой направлены на понимание её химических свойств.
Химические свойства вещества, воды в частности, зависят от строения. Вот это самое строение вещества изучают физические методы исследования.
Так, можно выделить три большие группы физических методов исследования воды: спектроскопические методы, которые основаны на анализе изменения излучения, попадающего на образец; дифракционные методы, где исследуется угол рассеивания излучения; и ионизационные методы, где излучение частично разрушает исследуемый образец, и анализируется то, что отлетает от этого образца.
Так, например, с помощью спектроскопических методов определяется относительное расположение атомов в молекуле воды, межядерные расстояния, угол между химическими связями. С помощью дифракционных методов (например, газовой электронографии) изучается строение молекулы воды, которое не зависит от влияния соседних молекул, что в связи с водой достаточно важно, так как в обычном жидком состоянии она образует водородные связи.
Особенности водородных связей между молекулами воды изучаются с помощью ионизационных методов. Так, масс-спектроскопия определяет энергию разрыва водородных связей, скорость смещения и вращения молекул.
С другой стороны, изученные химические свойства воды помогают определить направление применения физических методов исследований. Так, например, в воде растворяются полярные вещества (имеющие заряд). Поэтому в конце позапрошлого - начале прошлого столетия предположили, что молекулы воды полярны, то есть, представляют собой положительный и отрицательный полюс.
Это предположение определило дальнейшие физические исследования, которые подтвердили и уточнили эту модель строения молекулы воды.