Більш універсальне визначення понять кислота і основа, ніж дає Іонна теорія Арреніуса, формулює Протонна теорія кислот і основ Бренстеда-Лаурі.

Основи цієї теорії були закладені датським физико-хіміком Бренстедом і англійським хіміком Лаурі. Теорія називається протонною тому, що головне місце у визначенні понять кислота і основа відведено H⁺ – гідроген катіону у вигляді вільного протона.

З погляду протонної теорії

Кислота – це сполука, гідрогенвмісні частки якої (молекули, іони) здатні віддавати свої протони;

Основа – це сполука, частки якої (молекули, іони) здатні приймати протони від кислот.

Кислота – це донор протонів:

HA = A^– + H⁺

Основа – це акцептор протонів:

B + H⁺ = BH⁺

(HA – загальна формула кислоти; B – загальна формула основи).

У визначеннях кислот і основ за протонною теорією, помітна аналогія з визначеннями відновників та окисників, які беруть участь в процесах віддачі і прийому електронів. Як в окисно-відновній парі, окисненій формі відповідає відновлена ​​форма, яка містить, як мінімум, на один електрон більше, так і відповідно до протонної теорії кожній кислоті відповідає своя основа, що має, як мінімум, на один протон менше:

HA ⇄ A^– + H⁺; B + H⁺ ⇄ HB⁺

Кожна кислота перетворюється у відповідну їй основу в результаті втрати протона, а кожна основа перетворюється у відповідну їй кислоту в результаті отримання протона.

Кислота і відповідна основа утворюють кислотно-основну спряжену пару Кислота/Основа:

HA/A^–; HB⁺/B

Приклади.

Нітратна кислота і нітрат-іон: HNO₃/NO₃^–

Хлоридна кислота і хлорид-іон: HCl/Cl^–

Гідросульфат-іон і сульфат-іон: HSO₄^–/SO₄^2-

Катіон амонію і амоніак: NH₄⁺/NH₃

Оскільки при передачі протона частинка кислоти віддає один позитивний елементарний заряд, то в кожній сполученій парі Кислота/Основа присутній, як мінімум, один іон, а заряд частинки кислоти на одиницю більше, ніж у частинки основи (порівняйте HNO₃ і NO₃^–, NH₄⁺ і NH₃).

Протонна теорія приписує кислотні властивості таким частинкам, як NH₄⁺, а основні властивості – частинкам NO₃^–, Cl^–; це показує, як сильно розрізняються визначення кислот і основ за Бренстедом-Лаурі і за Арреніусом. За Бренстедом-Лаурі кислотно-основні властивості приписуються будь-яким частинкам (молекулам, іонам), тому і кислоти, і основи можуть бути як нейтральними (HNO₃, HCl, NH₃) так і зарядженими (HSO₄^–, NH₄⁺, NO₃^–, SO₄^2-).

Відповідно до протонної теорії будь-яка гідрогенвмісна частинка має і кислотні властивості, і основні властивості.

Приклад.

HNO₃ = NO₃^– + H⁺; HNO₃ + H⁺ = H₂NO₃⁺

У першій спряженій парі HNO₃ – кислота і NO₃^– – основа, а в другій парі – H₂NO₃⁺ (катіон дігідрогеннітрат) – кислота і HNO₃ – основа.

За протонною теорією кислоти (донори протонів) і основи (акцептори протонів) об’єднують в одне поняття “протоліти“.

Протоліти – це речовини, здатні до віддачі або прийому протонів

Амфоліти – це протоліти, які в одних умовах можуть віддавати свої протони, а в інших – приймати протони

Амфоліти можуть одночасно бути донорами і акцепторами протонів.

Приклад. Амфолітом є гідрокарбонат-іон:

HCO₃^– = CO₃^2- + H⁺; HCO₃^– + H⁺ = H₂CO₃

Іон HCO₃^– може входити до складу двох сполучених пар – HCO₃^–/CO₃^2- (кислота) і H₂CO₃/HCO₃^– (основа).

Протоліз – це обмін протонами між двома спряженими парами Кислота/Основа

Протолітичні реакції – це хімічні реакції, що супроводжуються протолізом

HA + B ⇄ A^– + HB⁺

Кислота 1 + Основа 2 ⇄ Основа 1 + Кислота 2

Протонодонорна і протоноакцепторна здатність речовин (їх кислотність і основність) визначаються спорідненістю до протону, тобто ентальпією реакції приєднання протона. В ряду речовин в рідкому стані:

NH₃, H₂O, C₂H₅OH, HCN, H₂S, CH₃COOH, HNO₃, H₂SO₄, HF, HClO₄

спорідненість до протону знижується від NH₃ до HClO₄.

Внаслідок конкуренції за володіння протоном кислотно-основні реакції є оборотними процесами, які характеризуються станом, який називають Протолітична рівновага:

HA + B ⇄ A^– + HB⁺

З погляду законів термодинаміки стає зрозуміло, що Протолітична рівновага завжди буде зміщена в бік утворення більш слабких протолітів.

Приклади.

В реакції

H₃O⁺ + NH₃ ⇄ H₂O + NH₄⁺

рівновага сильно зміщена вправо, тому що в результаті прямої реакції утворюється слабкий електроліт – вода.

В реакції

H₂O + F^– ⇄ OH^– + HF

рівновага практично повністю зміщена вліво.

Відповідно до протонної теорії вода, по відношенню до самої себе, є амфолітом:

H₂O = OH^– + H⁺; H₂O + H⁺ = H₃O⁺

це пояснює перебіг автопротоліза води:

H₂O + H₂O ⇄ OH^– + H₃O⁺

кислота + основа ⇄ основа + кислота

Автопротоліз води кількісно характеризується іонним добутком води:

Kw = [H₃O⁺][OH^–] = 1e-14 (25*C)

Значення Kw має незначну величину і вказує на малу ступінь протікання автопротолізу. При 25*С 1 дм³ води лише 2e-7 моль її знаходиться у вигляді катіонів оксонію H₃O⁺ і гідроксид-іонів OH^–.

---