【酸の性質】
塩酸HCl 、硫酸H2SO4 、硝酸HNO3 、酢酸CH3COOH などの水溶液は、次のような性質を示す。
このような性質を酸性(さんせい、acdic、acidity)といい、水溶液が酸性を示す物質を酸(さん、acid)という。
【塩基の性質】
水酸化ナトリウムNaOHのように、酸性の溶液に添加することで、その酸性の性質を打ち消す種類の物質がある。水酸化ナトリウムNaOH、水酸化カリウムKOH、アンモニアNH3水溶液には、つぎのような共通の性質がある。
このような性質を塩基性(えんきせい、basic、basicity)という。また、水溶液が塩基性を示す物質を塩基(えんき、base)という。なお、水に溶ける塩基のことを「アルカリ」といい、その水溶液が示す塩基性のことをアルカリ性という。高校化学では一般的に「塩基性」の用語のほうを用いる。
【酸】
塩化水素HClや硫酸H2SO4は、つぎのようにイオンに電離(でんり)している。
なお、酸や塩基にかぎらず、物質が陰イオンと陽イオンに分かれる現象のことを電離(でんり)という。
塩酸も硫酸も、両方とも、水溶液中に電離したときに、H+が発生している。なので、このH+イオンが、酸性の原因であると推測できる。実際に、H+イオンは酸性の原因である。
【塩基】
水酸化ナトリウムや水酸化カルシウムなどは、水溶液中では、つぎのように電離している。
このことから OH− イオンが、水溶液に塩基性を示させる原因であることが分かり、実際に OH− が塩基性の理由である。しかしアンモニアNH3は分子中にOHを持ってないのに、水溶液が塩基性を示す。アンモニア水溶液が塩基性を示す理由は、解けたアンモニアの一部が水分子と反応し、その際、水分子がもとになって OH が発生するからである。
つまり、アンモニアの場合、
と電離する。
1887年、スウェーデンの化学者アレニウスは、酸と塩基を次のように定義した。
「酸とは、水に溶けて水素イオンH+を生じる物質であり、塩基とは、水に溶けて水酸化物イオン OH− を生じる物質である。」
塩化水素HClや硫酸H2SO4や酢酸CH3COOH などは、水溶液中で次のように電離して、水素イオン H+ を生じる。
アレニウスの酸の定義の提唱よりも後の研究では、水素Hは単独で塩基と電荷のやりとりを生じているのではなく、オキソニウムイオン H3O+ として、電荷の授受をしていることが明らかになった。たとえば、塩化水素の場合は以下の様な式である。
しかし書式では、簡略化のため、特別にオキソニウムイオン(oxonium ion)を強調したい場合を除いて、酸の水素イオンは単にH+と書くことが多い。一般の検定教科書や参考書や学術書でも、特別にオキソニウムイオン(oxonium ion)を強調したい場合を除いて、酸の水素イオンは単にH+と書くのが普通だし、検定教科書でも、そのことを説明している。
アレニウスによる酸と塩基の定義の後、彼の定義では例外の物質があり、不都合なことが分かってきた。たとえば、アンモニアNH3は分子中には水酸基OHを含んではいないが、塩酸HClなどの酸を中和する能力をアンモニアは持ち、明らかにアンモニアは塩基性を持つと見なせることが分かってきた。このような例に基づき、そこでデンマークの化学者ブレンステッドは、アレニウスの酸・塩基を拡張して、1923年に、次のように酸と塩基を定義した。
「酸とは、水素イオンH+を与える分子・イオンである。塩基とは、水素イオンH+を受け取る分子・イオンである。」
なお、水素イオンのことをプロトン(proton)という場合がある。
今日における、酸と塩基の化学上の定義は、このブレンステッドの定義に近い定義である。
ブレンステッドの定義によると、塩酸HClが水H2Oに溶解して電離する反応
では、水H2Oは水素イオンを受け取りオキソニウムイオンになるので、水H2Oを塩基と見なせる。
いっぽう、アンモニアが水に溶解して電離する反応では、水H2Oは、アンモニアに水素イオンを提供し、水酸化イオンOH-になるので、水は酸と見なせる。
このような例から、ブレンステッドの定義では、水は反応する相手によって酸か塩基かが変わる両性物質になる。
酸では、化学式中に含まれる水素原子のうち、H+イオンになることのできる水素原子数を酸の価数(かすう、degree)という。たとえば塩化水素HClの価数は1である。硫酸H2SO4の価数は2価である。