酸と塩基
酸(acid)を HA、塩基(base)を B とすると、ブレンステッド・ローリーによる酸塩基反応は一般に次の化学反応式で表される:
H A + B ⟵ → A − + H B + a c i d b a s e c o n j u g a t e b a s e c o n j u g a t e a c i d {\displaystyle {\begin{matrix}&{\rm {HA}}&+&{\rm {B\ }}&{\overrightarrow {\longleftarrow }}\ &{\rm {A^{-}}}&+&{\rm {HB^{+}}}\\&{\rm {^{acid}}}&&{\rm {^{base}}}&&{\rm {^{conjugate\ base}\ }}&&{\rm {^{conjugate\ acid}}}\\\end{matrix}}}
この式は、左辺から右辺への反応と、右辺から左辺への反応がともに起こる反応(可逆反応)であることを意味する(この化学平衡の平衡定数から酸解離定数を定義する)。
そこで逆に、右辺から左辺への反応過程を見てみると、(ブレンステッド・ローリーの定義における)塩基 A − {\displaystyle {\ce {{A-}}}} と酸 HB + {\displaystyle {\ce {{HB+}}}} が反応して、HAとBとを生成していると解釈できる。
こうした理由により、 A − {\displaystyle {\ce {{A-}}}} を酸 HAの共役塩基(conjugate base)と呼び、 HB + {\displaystyle {\ce {{HB+}}}} を塩基Bの共役酸という。
しかしアレニウスの定義は以下のような欠点を持つことが知られている:
水以外の溶液に対しては酸性と塩基性を定義できない
OH {\displaystyle {\ce {{OH}}}} を含んでいないアンモニア NH 3 {\displaystyle {\ce {{NH3}}}} の水溶液が塩基性になる事を説明できない
前節で説明した、デービーによる成果を踏まえ、アレニウスは、酸と塩基を以下のように定義した:
酸:水中で解離して水素イオン H + {\displaystyle {\ce {{H+}}}} を生じる物質
塩基:水中で解離して水酸化物イオン OH − {\displaystyle {\ce {OH^{-}}}} を生じる物質
アレニウスの定義は、水分子 H 2 O {\displaystyle {\ce {{H2O}}}} が水素イオン H + {\displaystyle {\ce {{H+}}}} と水酸化物イオン OH − {\displaystyle {\ce {OH^{-}}}} とに分解できる事を考えると理解しやすい。この事実を鑑みると、なんら物質を溶かしていない純粋な水の場合、そこに含まれる H + {\displaystyle {\ce {{H+}}}} と OH − {\displaystyle {\ce {OH^{-}}}} とは同じ量である。