水在平衡时的电离度很小;在25°C时,纯水中每109个分子中只有大约两个在任何瞬间被电离。水可逆电离的平衡常数为
在 25 °C 的纯水中,水的浓度为 55.5 M——1 L 中 H2O 的克数除以其克分子量:(1,000 g/L)/(18.015 g/mol)——并且相对于 H+ 和 OH- 的浓度非常低,即 1 × 10−7 M。因此,我们可以在平衡常数表达式中替换 55.5 M 以产生
重新排列后,这就变成了
其中 Kw 表示产物 (55.5 M)(Keq),即 25 °C 时水的离子产物。
通过纯水的电导率测量确定的 Keq 值在 25 °C 时为 1.8 × 10−16 M。将此值代入上述公式 中的 Keq 可得出水的离子积值:
因此,在25℃的水溶液中[H+] [OH−]的乘积总是等于1 × 10−14 M2。当H+和OH−的浓度完全相等时,如在纯水中,溶液称为中性pH值。在这个pH值下,H+和OH−的浓度可由水的离子积计算如下:
求解[H+]得到
由于水的离子积恒定,只要 [H+] 大于 1 × 10-7 M,[OH-] 必须小于 1 × 10-7 M,反之亦然。当 [H+] 非常高时,如在盐酸溶液中,[OH-] 必须非常低。从水的离子积,如果我们知道[OH−],我们可以计算[H+],反之亦然。
Principles of Biochemistry