水的自偶電離

哪怕是最純淨的一杯水，也從不會完全安靜。時不時地，兩個水分子相撞，其中一個把質子遞給另一個，分裂成一個水合氫離子（H3O+）和一個氫氧根離子（OH-）。這種微弱而持續的自我分裂，就是水的自偶電離——水悄悄地對自己同時充當酸和鹼。

這是一個平衡：H2O + H2O ⇌ H3O+ + OH-，由常數 Kw = [H3O+][OH-] 支配，它在 25 °C 時等於 1.0 × 10⁻¹⁴。分裂的程度極小——任一時刻大約只有五億分之一的水分子被電離——但它始終存在，並且把水合氫離子和氫氧根綁在一起，使得只要一方上升，另一方就必須下降，以保持二者乘積不變。

這個安靜的反應之所以重要，是因為它確立了整個 pH 尺度的基線。中性水裡 H3O+ 和 OH- 相等，在 25 °C 時各為 10⁻⁷，這就是為什麼中性 pH 是 7。它還意味著，沒有任何酸能把氫氧根一路壓到零，也沒有任何鹼能把水合氫離子壓到零。一個誠實的提醒：Kw 隨溫度增大，所以在熱水裡中性點會漂到 pH 7 以下。