Mesurons le pH de l’eau pure à l’aide d’un pH-mètre.
Les résultats obtenus dans les laboratoires spécialisés montrent qu’à 25 ◦C, ce pH vaut 7.
L’eau pure renferme donc des ions hydronium [H₃O⁺]  de concentration.

[H₃O⁺]   = 10^-pH = 10^-7 molL^-1.

Comme toute matière, l’eau pure est électriquement neutre. Elle contient donc nécessairement des ions négatifs. Ce sont des ions hydroxyde OH^–.
L’équation d’électroneutralité permet d’écrire

[H₃O⁺]  = [OH^-] 

Remarque.
Jusqu’à présent, nous avons affirmé que l’eau pure, formée de molécules, ne conduisait pas le courant électrique. Mais un détecteur de courant extrêmement sensible montre une faible conductibilité de l’eau pure, ce qui confirme la présence d’une petite quantité d’ions.
L’existence des ions hydronium et hydroxyde s’interprète par l’équation-bilan :

Nous étudierons au chapitre suivant la réaction acide-base d’équation-bilan

La réaction est très limitée dans le sens (21.1) et presque totale dans le sens (21.2), ce qui explique la faible présence d’ions dans l’eau pure.
Au cours de la réaction (21.1) il y a transfert d’un proton d’une molécule d’eau à l’autre. Cette réaction est ainsi appelée autoprotolyse de l’eau.
Le mécanisme comporte 2 étapes : une molécule d’eau s’ionise en libérant un proton :

Ici, H₂O en libérant un proton se comporte comme un acide au sens de Brønsted.
Le proton libéré est solvaté par une autre molécule d’eau :

H₂O qui se comporte tantôt comme un acide, tantôt comme une base, est une substance amphotère.
21.3.1 Produit ionique de l’eau

Nous savons que :
le pH de l’eau pure est égal à 7 à 25 ◦C d’où : [H₃O⁺]   = 10^-7 molL^-1
Par ailleurs, dans l’eau pure,
[H₃O⁺]     = OH ^- = 10^-7 molL^-1 à 25 ◦C.
Le produit de ces concentrations vaut :
[H₃O⁺] [OH^-]   = 10^-14 à 25 ◦C
Nous admettrons la généralisation de ce résultat à toute solution aqueuse. Ainsi, si nous considérons une solution aqueuse quelconque, les concentrations H₃O⁺     et OH^-  sont en général différentes, mais leur produit, appelé produit ionique de l’eau est
constante à une température donnée. On note K_e à 25 ◦C

K_e = [H₃O⁺] [OH^-]  = 10^-14.

Remarque.
K_e augmente avec la température. Par exemple, à 60 ◦C K_e = 10^-13.
K_e s’exprime sans unités.