ทฤษฎีกรด-เบส เป็นทฤษฎีที่อธิบายคุณสมบัติของกรดและเบส โดยคำนึงถึงปฏิกิริยาระหว่างกรดและเบส โดยทั่วไปแล้ว ทฤษฎีกรด-เบสที่สำคัญมีดังนี้
- ทฤษฎีกรด-เบสของอาร์เรเนียส (Arrhenius acid-base theory) นิยามกรดและเบสตามความสามารถในการเกิดไฮโดรเนียมไอออน (H+) และไฮดรอกไซด์ไอออน (OH-) ในน้ำ ดังนี้
- กรด คือ สารที่ละลายน้ำแล้วแตกตัวให้ไฮโดรเนียมไอออน (H+)
- เบส คือ สารที่ละลายน้ำแล้วแตกตัวให้ไฮดรอกไซด์ไอออน (OH-)
ตัวอย่างกรดตามทฤษฎีอาร์เรเนียส ได้แก่ HCl, H2SO4, HNO3, CH3COOH
ตัวอย่างเบสตามทฤษฎีอาร์เรเนียส ได้แก่ NaOH, KOH, NH3, Ca(OH)2
ข้อจำกัดของทฤษฎีอาร์เรเนียส คือ ใช้ได้กับสารที่ละลายน้ำเท่านั้น และไม่สามารถอธิบายความเป็นกรด-เบสของสารที่ไม่มีไฮโดรเนียมไอออนหรือไฮดรอกไซด์ไอออนในโครงสร้าง
- ทฤษฎีกรด-เบสของเบรินสเตด-ลาวรี (Brønsted-Lowry acid-base theory) นิยามกรดและเบสตามความสามารถในการให้โปรตอน (H+) และรับโปรตอน (H+) ดังนี้
- กรด คือ สารที่ละลายน้ำแล้วแตกตัวให้โปรตอน (H+)
- เบส คือ สารที่ละลายน้ำแล้วรับโปรตอน (H+)
ตัวอย่างกรดตามทฤษฎีเบรินสเตด-ลาวรี ได้แก่ HCl, H2SO4, HNO3, CH3COOH, NH4+
ตัวอย่างเบสตามทฤษฎีเบรินสเตด-ลาวรี ได้แก่ H2O, NH3, CH3COO-
ข้อดีของทฤษฎีเบรินสเตด-ลาวรี คือ ใช้ได้กับสารที่ละลายน้ำและไม่ละลายน้ำ สามารถอธิบายความเป็นกรด-เบสของสารที่มีโปรตอนในโครงสร้าง และสามารถอธิบายการเกิดปฏิกิริยากรด-เบสได้กว้างขวางกว่าทฤษฎีอาร์เรเนียส
- ทฤษฎีกรด-เบสของลิวอิส (Lewis acid-base theory) นิยามกรดและเบสตามความสามารถในการรับคู่อิเล็กตรอนคู่ (electron pair) ดังนี้
- กรด คือ สารที่สามารถรับคู่อิเล็กตรอนคู่จากเบสได้
- เบส คือ สารที่สามารถให้คู่อิเล็กตรอนคู่ให้กับกรดได้
ตัวอย่างกรดตามทฤษฎีลิวอิส ได้แก่ BF3, AlCl3, Fe3+
ตัวอย่างเบสตามทฤษฎีลิวอิส ได้แก่ NH3, H2O, CH3COO-
ข้อดีของทฤษฎีลิวอิส คือ สามารถอธิบายความเป็นกรด-เบสของสารที่ไม่มีโปรตอนในโครงสร้างได้ และสามารถอธิบายการเกิดปฏิกิริยากรด-เบสได้กว้างขวางกว่าทฤษฎีอาร์เรเนียสและทฤษฎีเบรินสเตด-ลาวรี
สรุป
ทฤษฎีกรด-เบสแต่ละทฤษฎีมีข้อดีและข้อจำกัดแตกต่างกันไป โดยทฤษฎีกรด-เบสของอาร์เรเนียสเป็นทฤษฎีที่เก่าแก่ที่สุด แต่มีข้อจำกัดบางประการ ทฤษฎีกรด-เบสของเบรินสเตด-ลาวรีเป็นทฤษฎีที่ปรับปรุงจากทฤษฎีอาร์เรเนียส โดยสามารถอธิบายความเป็นกรด-เบสของสารได้กว้างขวางขึ้น ทฤษฎีกรด-เบสของลิวอิสเป็นทฤษฎีที่อธิบายความเป็นกรด-เบสได้กว้างขวางที่สุด โดยสามารถอธิบายความเป็นกรด-เบสของสารที่ไม่มีโปรตอนในโครงสร้างได้
ในวิชาเคมี ม.5 นักเรียนจะได้เรียนรู้ทฤษฎีกรด-เบสของเบรินสเตด-ลาวรีและทฤษฎีกรด-เบสของลิวอิส โดยทฤษฎีกรด-เบสของเบรินสเตด-ลาวรีเป็นทฤษฎีที่ใช้ในการอธิบายความเป็นกรด-เบสของสารในชีวิตประจำวันได้ ส่วนทฤษฎีกรด-เบสของลิวอิสเป็นทฤษฎีที่ใช้ในการอธิบายการเกิดปฏิกิริยาเคมีบางชนิดได้