Визначення кислот і основ за Бренстедом дозволяє систематизувати безліч хімічних реакцій. В першу чергу це відноситься до тих реакцій, які за Арреніусом розглядаються як реакції нейтралізації і реакції гідролізу солей. Реакція нейтралізації за Бренстедом зворотна реакції автопротолізу води, а оскільки автопротоліз води протікає в невеликій мірі, то реакція нейтралізації є практично незворотною і проходить до кінця.

Приклад.

Реакція нейтралізації між еквімолярними кількостями HCl і NaOH в водному розчині характеризується такими процесами:

Протоліз

HCl + H2O = Cl + H3O+

Електролітична дисоціація

NaOH = Na+ + OH

Нейтралізація

H3O+ + OH ⇄ 2H2O

За Бренстедом NaOH не є основою (як в теорії Арреніуса), а є лише джерелом іонів OH у водному розчині (самі ж іони OH є найсильнішою основою за Бренстедом).

Процес, який в теорії Арреніуса має назву гідроліз солей, в результаті якого водні розчини солей набувають кисле або лужне середовище, пояснюється з погляду Протонної теорії Бренстеда тим, що один з видів іонів таких солей в деякій мірі піддається протолізу.

Приклади.

  1. Гідроліз амоній хлориду:

Електролітична дисоціація

NH4Cl = NH4+ + Cl

Протоліз

NH4+ + 2H2O ⇄ NH3*H2O + H3O+; pKa = 9,24; pH < 7

  1. Гідроліз натрій карбонату:

Електролітична дисоціація

Na2CO3 = 2Na+ + CO32-

Протоліз

CO32- + H2O ⇄ HCO3 + OH; pKa = 3,67; pH > 7

  1. Гідроліз ферум(III) сульфату:

Електролітична дисоціація

Fe2(SO4)3 = 2Fe3+ + 3SO42-

Протолізу

Fe3+*H2O + H2O ⇄ FeOH2+ + H3O+; pKa = 2,17; pH < 7

або

Fe(H2O)63+ ⇄ [Fe(H2O)5(OH)]2+ + H3O+

  1. Гідроліз натрій гідросульфіду:

Електролітична дисоціація

NaHS = Na+ + HS

Протолізу

HS + H2O ⇄ S2- + H3O+; pKa = 12,91

HS + H2O ⇄ H2S + OH; pKb = 7,02; pH > 7

Протоліз іонів HS як основи переважає, тому що pKb < pKa, отже, розчин має лужне середовище.

  1. Гідроліз натрій дигідрофосфату:

Електролітична дисоціація

NaH2PO4 = Na+ + H2PO4

Протоліз

H2PO4 + H2O ⇄ HPO42- + H3O+; pKa = 7,21; pH < 7

H2PO4 + H2O ⇄ H3PO4 + OH; pKb = 11,86

Протоліз іонів H2PO4 як кислоти переважає, тому що pKa < pKb, отже, розчин має кисле середовище.

При обмінних реакціях між слабкими кислотами і основами у водному розчині протоліз відбувається в тому випадку, коли спряжена пара, в якій за реагент обрана кислота, має менше значення pKa, ніж пара, в якій за реагент обрано основу.

На основі закону діючих мас, хімічну рівновагу обмінної реакції слабкої кислоти зі слабкою основою буде тим більше зрушено в бік утворення продуктів, чим далі знаходяться один від одного в шкалі кислотності спряжені пари, причому реагент-кислота відноситься до пари з меншим значенням pKa, а реагент-основа – до пари з більшим значенням pKa. В іншому випадку хімічна рівновага виявиться зрушеною в бік утворення реагентів і протолітична реакція буде неможливою.

Приклади.

Хімічну рівновагу в наступних реакціях зрушено в бік утворення продуктів:

Реакції йдуть в прямому напрямку

NH3*H2O + HF ⇄ NH4+ + F + H2O

pKa(NH4+/NH3*H2O) – pKa(HF/F) = 9,24 – 3,18 = 6,06 > 0

CO32- + HNO2 ⇄ HCO3 + NO2

pKa(HCO3/CO32-) – pKa(HNO2/NO2) = 10,33 – 3,29 = 7,04 > 0

Реакції йдуть у зворотному напрямку

NH3*H2O + HS ⇄ NH4+ + S2- + H2O

pKa(NH4+/NH3*H2O) – pKa(HS/S2-) = 9,24 – 12,91 = -3,67 < 0

CH3COO + HCN ⇄ CH3COOH + CN

pKa(CH3COOH/CH3COO) – pKa(HCN/CN) = 4,76 – 9,31 = -4,55 < 0

Практично це означає, що, наприклад, гідрид амоніаку NH3*H2O і гідроген флуорид не можуть спільно перебувати в помітній концентрації у водному розчині, тоді як NH3*H2O і HS можуть перебувати разом в розчині без змін.

Особлива цінність Протонної теорії Бренстеда для кислот і основ полягає в тому, що вони можуть бути застосовані для реагентів, що знаходяться в розчинниках, в яких можливе перенесення протонів. До до таких розчинників відносяться, наприклад, рідкий амоніак та безводна оцтова кислота, які можуть бути розчинниками замість води:

NH3 + NH3 ⇄ NH2 + NH4+

CH3COOH + CH3COOH ⇄ CH3COO + CH3COOH2+

У цих розчинниках нітратна кислота HNO3 (яка в воді є сильною кислотою) буде слабкою кислотою різної сили:

HNO3 + NH3 ⇄ NO3 + NH4+; pKa = 2,37 (-33*C)

HNO3 + CH3COOH ⇄ NO3 + CH3COOH2+; pKa = 9,38 (20*C)

Протонна теорія Бренстеда застосовна також до протолітичних реакцій між газоподібними реагентами, наприклад:

NH3 (газ) + HCl (газ) ⇄ NH4+ (газ) + Cl (газ)

Таким чином, кислотно-основна поведінка речовин за Бренстедом, на відміну від Іонної теорії Арреніуса, не обмежена тільки водними розчинами.