酸鹼平衡與滴定

水的自質子解離

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即使是一杯完全純淨的水,也不像看上去那麼平靜。每隔一會兒,兩個水分子就會撞到一起,其中一個把一個氫離子遞給另一個,就像隔著籬笆悄悄交易的鄰居。水的自質子解離正是這種溫和而不停的自反應,水靠它自己就造出了涓涓細流般的離子。

具體來說,自質子解離是一個水分子把一個氫離子給予另一個水分子的反應,生成一個水合氫離子和一個氫氧根離子。在平衡時,二者濃度的乘積是一個固定的數,叫做水的離子積 Kw,在室溫下約為 10 的負十四次方。由於這兩種離子是等數生成的,純水中兩者的量相等,於是有了我們熟悉的中性 pH 7。

這個反應之所以重要,是因為它是每一個水溶液酸鹼計算背後那片無聲的背景:它把 pH 和 pOH 聯繫起來,並設下一道底線——意味著任何水溶液都不可能真正不含氫離子或氫氧根離子。一個誠實的提醒是:Kw 隨溫度急劇上升,所以純水的中性 pH 只在 25 攝氏度附近才恰好是 7——更熱的水在低於 7 的 pH 處也是中性的,儘管它並不呈酸性。

在室溫下的純水中,水合氫離子和氫氧根離子的濃度都約為 10 的負七次方莫耳每升——它們的乘積是常數 Kw,即 10 的負十四次方,而 pH 加 pOH 合起來等於 14。

水悄悄分裂成等量的水合氫離子和氫氧根,定下中性 pH 7。

中性指的是水合氫離子與氫氧根相等,而不是特指 pH 7。由於 Kw 隨溫度增大,在溫水中中性點會滑到 pH 7 以下,在冷水中則滑到 7 以上——中性跟隨的是離子,而不是那個數字。

又稱
self-ionization of waterwater autoionization水的自偶电离水的自偶電離