酸・塩基のアレニウスとブレンステッド・ローリーの定義

酸・塩基の定義の仕方であるアレニウスの定義、ブレンステッドとローリーの定義。その違いと酸・塩基の判断の仕方など解説します。解説担当は、灘・甲陽在籍生100名を超え、東大京大国公立医学部合格者を多数輩出する学習塾「スタディ・コラボ」の化学科講師です。

アレニウスの定義

酸とは、水溶液中で水素イオンH⁺を放出する水素化合物のことです。

塩酸HCl → H⁺ + Cl^－

硫酸H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2－

生成した水素イオンH⁺は，水溶液中では水分子と結合してオキソニウムイオンH₃O⁺

として安定に存在しています。

塩基とは、水溶液中で水酸化物イオンOH^－を放出する物質のことです。

水酸化ナトリウムNaOH → Na⁺ + OH^－

アンモニア　　　NH₃ + H₂O → NH₄⁺ + OH^－

しかし、アレニウスの定義には欠点がありました。

(ⅰ)　「水溶液中」と限定しているため、水以外を溶媒とする溶液中の場合など酸・塩基の区別ができない。

(ⅱ)　ヒドロキシ基－OHをもたないアンモニアは、OH^－を放出しているとは言い難く、実質的に塩基性を示すことの十分な説明ができない。

このため、新たにブレンステッドとローリーが酸と塩基の定義を提唱しました。

ブレンステッドとローリーの定義

酸とは水素イオンH⁺ を与えることのできる物質であり，塩基とは水素イオンH⁺ を受け取ることのできる物質である。

と定義しました。「水溶液」と限定していないため、上記の欠点の2つが解決されます。アンモニアに関しては具体例をもとに説明していきます。

【例１】塩酸HClと水H₂Oの反応について

HCl + H₂O → Cl^－ + H₃O⁺ 

この反応では、HClがH⁺を放出して自身はCl^－となり、放出されたH⁺をH₂Oが受け取りH₃O⁺になります。そのため、ブレンステッド・ローリーの定義によれば、HClが酸として働き、H₂Oが塩基として働いた事になります。

【例２】水H₂OとアンモニアNH₃の反応について

H₂O + NH₃ → OH^－ + NH₄⁺ 

この反応では、H₂OがH⁺を放出して自身はOH^－となり、放出されたH⁺をNH₃が受け取りNH₄⁺になります。そのため、ブレンステッド・ローリーの定義によれば、H₂Oが酸として働き、NH₃が塩基として働いた事になります。

【例３】水酸化鉄(Ⅲ)Fe(OH)₃と水素イオンH⁺の反応について

さて、それでは

Fe(OH)₃  + 3H⁺ → Fe³⁺ + 3H₂O

の反応だといかがでしょうか。

H⁺のやりとりには見えないですよね。

こういうときは、以下のように考えましょう。

塩基とは水酸化物イオンOH^－ を与えることのできる物質であり，酸とは水酸化物イオンOH^－を受け取ることのできる物質である。

Fe(OH)₃ + 3H⁺ → Fe³⁺ + 3H₂O 

Fe(OH)₃がOH^－を放出して自身はFe³⁺となり、放出されたOH^－をH⁺が受け取りH₂Oになります。そのため、Fe(OH)₃が塩基として働き、H⁺が酸として働いた事になります。

まとめ

灘・甲陽在籍生100名を超え、東大京大国公立医学部合格者を多数輩出する学習塾「スタディ・コラボ」の化学科講師より酸・塩基の定義の仕方であるアレニウスの定義、ブレンステッドとローリーの定義について解説を行いました。しっかりと覚えておきましょう。