水的自偶电离

哪怕是最纯净的一杯水，也从不会完全安静。时不时地，两个水分子相撞，其中一个把质子递给另一个，分裂成一个水合氢离子（H3O+）和一个氢氧根离子（OH-）。这种微弱而持续的自我分裂，就是水的自偶电离——水悄悄地对自己同时充当酸和碱。

这是一个平衡：H2O + H2O ⇌ H3O+ + OH-，由常数 Kw = [H3O+][OH-] 支配，它在 25 °C 时等于 1.0 × 10⁻¹⁴。分裂的程度极小——任一时刻大约只有五亿分之一的水分子被电离——但它始终存在，并且把水合氢离子和氢氧根捆在一起，使得只要一方上升，另一方就必须下降，以保持二者乘积不变。

这个安静的反应之所以重要，是因为它确立了整个 pH 尺度的基线。中性水里 H3O+ 和 OH- 相等，在 25 °C 时各为 10⁻⁷，这就是为什么中性 pH 是 7。它还意味着，没有任何酸能把氢氧根一路压到零，也没有任何碱能把水合氢离子压到零。一个诚实的提醒：Kw 随温度增大，所以在热水里中性点会漂到 pH 7 以下。