水为什么会电离？
水，这个看似普通而又神奇的物质，它的奥秘远不止于解渴和清凉。在我们日常生活中无处不在的水，其实在微观世界里，也扮演着一个非常活跃的角色——它会电离。
那么，到底是什么让水分子“一分为二”，产生带电的离子呢？这背后其实是一系列精妙的物理和化学过程在起作用。
水分子是个“老好人”：为什么会相互“拉扯”？
要理解水的电离，我们得先看看水分子本身。一个水分子，由一个氧原子和两个氢原子组成，它们的化学式是H₂O。但它们可不是简单地“堆积”在一起，而是通过一种特殊的化学键——共价键——连接起来的。
然而，氧原子比氢原子“更具吸引力”，它对电子的“拉扯力”更强。这种不均等的“拉扯”导致了水分子内部的电荷分布并不均匀。氧原子那边带一点点负电荷（我们称之为“部分负电荷”，用δ⁻表示），而氢原子那边则带一点点正电荷（部分正电荷，用δ⁺表示）。这就好比一个分子内部，两头分别有了轻微的“正负极”，水分子也就变成了一个极性分子。
“好邻居”的靠近：极性分子之间的相互作用
纯净的水，看似平静，但里面的水分子其实并没有静止不动，它们在不停地运动、碰撞。当两个水分子靠近时，它们之间的极性就开始发挥作用了。
就像磁铁的南极会吸引北极一样，一个水分子中带部分负电荷的氧原子，会吸引另一个水分子中带部分正电荷的氢原子。这种吸引力虽然不像离子键或共价键那样强，但也是真实存在的，我们称之为氢键。
正是这种氢键，使得水分子能够以一种相对有序的方式聚集在一起，形成我们所说的“水合作用”或者“网状结构”。
“小小的争执”：键的断裂与离子生成
在这些水分子之间此起彼伏的运动和碰撞中，有一个关键的时刻会发生——氢键的断裂。
你可以想象一下，当两个水分子靠得太近，并且它们之间的氢键作用非常强烈时，其中一个水分子上的氢原子，可能会被另一个水分子中的氧原子“抢走”。
具体来说，是水分子中的一个氢原子（带着它的部分正电荷）脱离了原来的氧原子，然后“跳”到了另一个水分子上，附着在那个水分子的氧原子上。
这个过程，我们可以这样看：
1. 水分子（H₂O）：这个是我们熟悉的水分子。
2. 电离瞬间：在极端的碰撞或能量作用下，一个水分子中的一个氢原子（H⁺）会脱离。
3. 生成离子：
脱离了氢原子的那个水分子，就剩下一个带负电荷的氢氧根离子（OH⁻）。
那个脱离出来的氢原子，它本身也带了一个正电荷，我们称之为氢离子（H⁺）。
所以，这个电离过程可以用一个简单的化学方程式来表示：
H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻
这个反应是一个可逆反应，也就是说，生成的氢离子和氢氧根离子又可以结合，重新变成水分子。在纯净的水中，这两个过程同时发生，并且处于一个动态平衡之中。
为什么不是所有水分子都电离？
你可能会问，如果水会电离，那为什么我们感觉不到水的导电性那么强？这是因为，在纯净的水中，这个电离的比例是非常非常小的。
想象一下，我们有100万个水分子，可能只有几个或者十几个水分子在这个瞬间发生了电离。大部分时间里，它们还是完整的水分子。这种极低的电离度，使得纯净水几乎不导电。
是什么影响了电离的“意愿”？
尽管在纯净水中电离的比例很低，但有几个因素可以影响这个过程：
温度：温度升高，水分子的动能增加，碰撞更剧烈，电离的几率也会相应增加。这也是为什么热水比冷水导电性稍强一些的原因。
杂质（酸、碱、盐）：这是最主要的影响因素。
酸：像盐酸（HCl）溶于水，会大量释放出氢离子（H⁺）。这些额外的氢离子会促使水本身电离出的氢离子和氢氧根离子重新结合，以维持平衡，但整体上液体的酸性会大大增强（氢离子浓度变高）。
碱：像氢氧化钠（NaOH）溶于水，会释放出氢氧根离子（OH⁻）。这些额外的氢氧根离子也会影响水的电离平衡，并且使得液体的碱性增强（氢氧根离子浓度变高）。
盐：有些盐类溶于水，会电离出离子，这些离子也会与水分子发生作用，影响水的电离平衡，间接改变溶液的pH值。
正是因为这些离子，它们充当了“电荷载体”，使得溶液能够导电。
总结一下：
水分子之所以会电离，是因为它是一个极性分子。这种极性导致了分子内部电荷分布不均，使得氢原子和氧原子之间的共价键虽然牢固，但在水分子的剧烈运动和相互碰撞中，氢键的强大作用力偶尔能够“拉断”水分子中的一个氢原子，使其脱离，从而生成带正电的氢离子（H⁺）和带负电的氢氧根离子（OH⁻）。
这个过程虽然在纯净水中发生得极为微弱，但却是理解水化学性质、以及它在生命和工业中扮演关键角色的基础。水，就是这样，在静默中，孕育着生命的活力与化学的奥秘。
那么，到底是什么让水分子“一分为二”，产生带电的离子呢？这背后其实是一系列精妙的物理和化学过程在起作用。
水分子是个“老好人”：为什么会相互“拉扯”？
要理解水的电离，我们得先看看水分子本身。一个水分子，由一个氧原子和两个氢原子组成，它们的化学式是H₂O。但它们可不是简单地“堆积”在一起，而是通过一种特殊的化学键——共价键——连接起来的。
然而，氧原子比氢原子“更具吸引力”，它对电子的“拉扯力”更强。这种不均等的“拉扯”导致了水分子内部的电荷分布并不均匀。氧原子那边带一点点负电荷（我们称之为“部分负电荷”，用δ⁻表示），而氢原子那边则带一点点正电荷（部分正电荷，用δ⁺表示）。这就好比一个分子内部，两头分别有了轻微的“正负极”，水分子也就变成了一个极性分子。
“好邻居”的靠近：极性分子之间的相互作用
纯净的水，看似平静，但里面的水分子其实并没有静止不动，它们在不停地运动、碰撞。当两个水分子靠近时，它们之间的极性就开始发挥作用了。
就像磁铁的南极会吸引北极一样，一个水分子中带部分负电荷的氧原子，会吸引另一个水分子中带部分正电荷的氢原子。这种吸引力虽然不像离子键或共价键那样强，但也是真实存在的，我们称之为氢键。
正是这种氢键，使得水分子能够以一种相对有序的方式聚集在一起，形成我们所说的“水合作用”或者“网状结构”。
“小小的争执”：键的断裂与离子生成
在这些水分子之间此起彼伏的运动和碰撞中，有一个关键的时刻会发生——氢键的断裂。
你可以想象一下，当两个水分子靠得太近，并且它们之间的氢键作用非常强烈时，其中一个水分子上的氢原子，可能会被另一个水分子中的氧原子“抢走”。
具体来说，是水分子中的一个氢原子（带着它的部分正电荷）脱离了原来的氧原子，然后“跳”到了另一个水分子上，附着在那个水分子的氧原子上。
这个过程，我们可以这样看：
1. 水分子（H₂O）：这个是我们熟悉的水分子。
2. 电离瞬间：在极端的碰撞或能量作用下，一个水分子中的一个氢原子（H⁺）会脱离。
3. 生成离子：
脱离了氢原子的那个水分子，就剩下一个带负电荷的氢氧根离子（OH⁻）。
那个脱离出来的氢原子，它本身也带了一个正电荷，我们称之为氢离子（H⁺）。
所以，这个电离过程可以用一个简单的化学方程式来表示：
H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻
这个反应是一个可逆反应，也就是说，生成的氢离子和氢氧根离子又可以结合，重新变成水分子。在纯净的水中，这两个过程同时发生，并且处于一个动态平衡之中。
为什么不是所有水分子都电离？
你可能会问，如果水会电离，那为什么我们感觉不到水的导电性那么强？这是因为，在纯净的水中，这个电离的比例是非常非常小的。
想象一下，我们有100万个水分子，可能只有几个或者十几个水分子在这个瞬间发生了电离。大部分时间里，它们还是完整的水分子。这种极低的电离度，使得纯净水几乎不导电。
是什么影响了电离的“意愿”？
尽管在纯净水中电离的比例很低，但有几个因素可以影响这个过程：
温度：温度升高，水分子的动能增加，碰撞更剧烈，电离的几率也会相应增加。这也是为什么热水比冷水导电性稍强一些的原因。
杂质（酸、碱、盐）：这是最主要的影响因素。
酸：像盐酸（HCl）溶于水，会大量释放出氢离子（H⁺）。这些额外的氢离子会促使水本身电离出的氢离子和氢氧根离子重新结合，以维持平衡，但整体上液体的酸性会大大增强（氢离子浓度变高）。
碱：像氢氧化钠（NaOH）溶于水，会释放出氢氧根离子（OH⁻）。这些额外的氢氧根离子也会影响水的电离平衡，并且使得液体的碱性增强（氢氧根离子浓度变高）。
盐：有些盐类溶于水，会电离出离子，这些离子也会与水分子发生作用，影响水的电离平衡，间接改变溶液的pH值。
正是因为这些离子，它们充当了“电荷载体”，使得溶液能够导电。
总结一下：
水分子之所以会电离，是因为它是一个极性分子。这种极性导致了分子内部电荷分布不均，使得氢原子和氧原子之间的共价键虽然牢固，但在水分子的剧烈运动和相互碰撞中，氢键的强大作用力偶尔能够“拉断”水分子中的一个氢原子，使其脱离，从而生成带正电的氢离子（H⁺）和带负电的氢氧根离子（OH⁻）。
这个过程虽然在纯净水中发生得极为微弱，但却是理解水化学性质、以及它在生命和工业中扮演关键角色的基础。水，就是这样，在静默中，孕育着生命的活力与化学的奥秘。
网友意见
先吐槽一下楼上：
水会电离主要是依靠“电解质”，没有电解质的存在，水是不会电离的，像纯水就是不导电的，这个事实正可以说明这个问题。
1. 水本身当然会电离，并存在电离平衡：
氢氧键键能确实很大，因此这个平衡常数很小，25摄氏度下约为10^-14。也即纯水中氢离子和氢氧根离子的浓度均为10^-7mol/L。
顺便，水分子对氢离子和氢氧根离子的溶剂化作用也使得这些离子更加稳定。
以上也是对题主第一个问题的解答。
2. 水的电离当然不是靠电解质。
电解质在水中会电离，增加水的电导率，但本身电离的是电解质而不是水。
电解的过程需要溶液导电，否则电荷无法移动，因此纯水很难电解，需要加入电解质。这是对题主第二个问题的部分解答。
3. 纯水当然导电。
理由同1。不含任何杂质的超纯水的电阻率18.2M欧姆，而不是无限大，便是拜这些电离出来的氢离子和氢氧根离子所赐。
对于光催化和电催化产氢，如果是酸性体系，那么一般认为氢气的来源便是水中的氢离子：
而如果是中性或是碱性体系中，则需要额外的步骤来提供氢离子。通常认为这个过程涉及催化剂表面水的吸附活化和氢氧根离子的脱去。在没有催化剂的情况下，中性和碱性体系中的析氢反应过电位非常大，这和非常低的氢离子浓度也是有关的。
以上是对题主第二个问题的后半段回答。
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