1. 酸・塩基の定義
   • アレニウスの定義
   • ブレンステッド・ローリーの定義
   • ルイスの定義
   
   
2. 強酸・強塩基の定義
   

酸・塩基の定義

酸・塩基についての項目は、以下の 5 つのページにまとまっている。体系的に学びたい人は、以下の順に読むことをお勧めする。

1. 質量作用の法則と平衡定数
2. ルシャトリエの原理
3. 酸・塩基の定義 (このページ)
4. 水のイオン積と pH
5. 解離定数
6. 緩衝液 buffer について

このページでは、プロトン H⁺ を多く取り扱う。水 H₂O が存在するとき、H⁺ は単独では存在できず、常に水分子と結合した ヒドロニウムイオン H₃O⁺ (hydronium ion ) や multimer H₅O₂⁺、さらには H₇O₃⁺ として存在しているが (1)、便宜上 H⁺ という表記が受け入れられている。ここでは、原則として H⁺ を使うことにする。なお、OH^- は ヒドロキシイオン hyroxide ion と呼ばれる。

アレニウスの定義

水溶液中で水素イオン H⁺ を放出するものが酸、ヒドロキシイオン OH^- を放出するものが塩基である (2)。

1884 年に提唱されたアレニウス Arrhenius の定義は、最もシンプルな定義であり、

• HCl ⇌ H⁺ + Cl^-
• CH₃COOH ⇌ H⁺ + CH₃COO^-

などが酸となる。塩基の代表的なものは

• NaOH ⇌ Na⁺ + OH^-
• NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH^-

である。アンモニア NH₃ はそれ自身が OH^- をもっているわけではないが、水と反応して OH^- を放出するので塩基に分類される。

この 水溶液中で というのがアレニウスの定義のポイントである。たとえば このページ でも酸・塩基の定義を解説しているが、「水溶液中」という点が明確に述べられていない。ものごとを理解するためにはまず定義を正確に押さえることが重要である。

ブレンステッド・ローリーの定義

アレニウスの定義を拡張し、水溶液中でなくても酸・塩基の概念が成り立つようにしたのがブレンステッド・ローリー (Brønsted & Lowry) の定義である。1923 年に提唱された。

水素イオン H⁺ を放出するものが酸、受け取るものが塩基である。

この定義では、新たに 共役酸 conjugate acid および 共役塩基 conjugate base という概念も生まれる。具体例で見てみよう。

1. HCl ⇌ H⁺ + Cl^-
2. HCl + NH₃ ⇌ NH₄⁺ + Cl^-

1 の反応では、HCl は明らかに酸である。しかしこの反応は平衡反応であるため、実際は右辺と左辺が行ったり来たりしている。よって、左向きの反応では Cl^- が水素イオンを受け取って HCl になっていると考えて良い。このような場合、Cl^- を HCl の共役塩基という。

このページのはじめに述べたように、1 の式は実際には

• HCl + H₂O ⇌ H₃O⁺ + Cl^-

であるので、右向き反応では水素イオンを受け取っている H₂O が塩基である。左向き反応を考えると、H₃O⁺ が水素イオンを放出しているので、H₃O⁺ が H₂O の共役酸ということになる。

2 の反応では、Cl^- が HCl の共役塩基、NH₄⁺ が NH₃ の共役酸である。

• ブレンステッドの定義で NaOH は塩基になるのか？

ルイスの定義

ルイスの定義では 電子対を放出するものが酸、受け取るものが塩基である。

強酸・強塩基の定義

上記のように酸・塩基には複数の定義があるので、強酸・強塩基の定義もまた複数である (2)。

References

1. 清水 (訳) 2015a. イラストレイテッド ハーパー・生化学 30版 (Amazon link).
2. 岩波 理化学辞典 第5版 (Amazon link): 使っているのは 4 版ですが 5 版を紹介しています。

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