Уравнение для аутопротолиза воды можно записать в виде
2Н2O ⇔ Н3O+ + ОН-
В соответствии с принципом, изложенным в предшествующей главе, выражение для константы равновесия имеет вид
$\frac{[H_{3}O^{+}][OH^{-}]}{[H_{2}O]^{2}}=K_{1}$
В этом выражении [Н2О] представляет собой активность (концентрацию) воды в растворе. Поскольку в разбавленных водных растворах активность воды почти такая же, как и чистой воды, обычно принято не учитывать активность воды при расчете константы равновесия разбавленных растворов. Следовательно, произведение K1×[H2O]2 можно принять в качестве другой константы Kω, и тогда можно записать
[Н3O+] × [ОН-] = Kω = 1,00×10-14 моль2·л-2
Это выражение означает, что произведение концентрации иона гидроксония и концентрации иона гидроксила в воде и в разбавленных водных растворах при данной температуре является постоянной величиной. Значение Kω при 25°С равно 1,00×10-14 моль2·л-2. Следовательно, в чистой воде каждый из ионов (Н3O+ и ОН-) имеет концентрацию 1,00×10-7 моль·л-1 при 25 °С, а в кислых и щелочных растворах произведение концентраций этих ионов равно 1,00×10-14.
Таким образом, нейтральный раствор содержит ионы водорода (ионы гидроксония) и ионы гидроксила в равной концентрации (1,00×10-7). Слабокислый раствор, содержащий в десять раз больше ионов водорода (концентрация 10-6, pH 6), содержит также и некоторое количество ионов гидроксила, в десять раз меньше, чем в нейтральном растворе. Раствор, содержащий в 100 раз больше ионов водорода, чем нейтральный раствор (концентрация 10-5, pH 5), содержит еще меньше ионов гидроксила — сотую часть их количества в нейтральном растворе; подобные рассуждения можно продолжить. Раствор, содержащий 1 моль сильной кислоты в 1 л, имеет концентрацию ионов водорода 1 и pH 0; такой сильнокислый раствор содержит также некоторое количество ионов гидроксила, концентрация которых составляет 1×10-14. Хотя числовое значение концентрации и представляется очень малым, действительное число ионов в макроскопическом объеме оказывается все же очень большим. Число Авогадро равно 0,602·1024, и, следовательно, концентрация 10-14 моль·л-1 означает, что в 1 л содержится 0,602×1010 ионов, а в 1 мл 0,602×107 ионов.