Kwasy i zasady

Koncepcja kwasów i zasad należy do najstarszych pomysłów stosowanych w chemii. Pierwszą definicją kwasów i zasad, opartą na zjawisku dysocjacji elektrolitycznej, jest definicja Arrheniusa. Wyjaśnił on tradycyjne własności kwasowe (kwaśny smak, barwienie lakmusu na czerwono, wydzielanie wodoru podczas reakcji z metalami) poprzez założenie, że wszystkie kwasy mają wzór HX i dysocjują na H+ i X-. Należy pamiętać że X może zawierać też jony wodorowe zdolne do dysocjacji. Analogicznie zasady w tej teorii mają budowę MeOH i dysocjują na Me+ i OH-. Zgodnie z tym kwas z zasadą może ulec zobojętnieniu przez wytworzenie z H+ i OH- cząsteczki wody. Cechą charakterystyczną tej teorii jest jej prostota i poglądowość. Ale nie jest ona w stanie wyjaśnić dlaczego roztwory dwutlenku węgla są kwaśne (tylko 1% CO2 występuje w nich w postaci H2CO3) oraz z jakiego powodu roztwór wodny amoniaku ma odczyn zasadowy skoro nie stwierdzono obecności cząsteczek NH4OH.
Definicją, będącą rozszerzeniem koncepcji Arrheniusa o rozpuszczalniki, jest koncepcja Brønsteda i Lowry`ego. Według tej definicji kwasem jest substancja oddająca protony a zasadą substancja, która je przyjmuje. Takie ujęcie kwasów i zasad jest szczególnie przydatne w odniesieniu do roztworów wodnych:
HCl + H2O <=> H3O+ + Cl-
Zgodnie z tą definicją kwasami w tej reakcji są HCl i H3O+, a zasadami woda i jon chlorkowy. dalej prawie całkowita dysocjacja kwasu solnego w roztworze wodnych wskazuje, że jest on silniejszym kwasem niż jon hydroniowy gdyż łatwiej oddaje proton.
W ramach kolejnej definicji Lewis zdefiniował zasadę jako donor, a kwas jako akceptor pary elektronowej. W reakcji:
BF3 + F- -> BF4-
jon fluorkowy będący zasadą oddaje parę elektronową kwasowi jakim jest fluorek boru. Podejście Lewisa jest związane z teorią wiązania pojedynczego za pomocą pary elektronowej. W ujęciu teorii orbitali molekularnych można mówić o oddziaływaniu pomiędzy obsadzonym orbitalem cząsteczkowym zasady i pustym orbitalem kwasu co prowadzi do wytworzenia nowego orbitalu molekularnego. Powstaje więc wiązanie o charakterze częściowo kowalencyjnym i stąd przekazanie ładunku od zasady do kwasu. Ale pewne ligandy jak np. CO mogą jednocześnie oddawać część ładunku z orbitali s i przyjmować ładunek na antywiążący orbital p*. Unikając paradoksu określa się takie ligandy jako kwasy p i zasady s.
Teoria rozpuszczalnikowa kwasów i zasad. Nawet niewielka dysocjacja rozpuszczalnika może wpłynąć na zachowanie się rozpuszczonych w nim substancji. Według teorii rozpuszczalnikowej kwasem jest substancja, która po rozpuszczeniu wytwarza kation charakterystyczny dla rozpuszczalnika. Czyli w wodzie gdzie kationem charakterystycznym jest H3O+ wszystkie substancje wytwarzające w roztworze wodnym ten kation są kwasami. Zasady to substancje wytwarzające charakterystyczny dla danego rozpuszczalnika anion.
Twarde i miękkie kwasy i zasady
Moc danego kwasu Lewisa zależy nie tylko od jego indywidualnych własności lecz także od zasady z którą ten kwas reaguje. Oznacza to że stałe równowagi reakcji:
A + :B <=> A:
K=cA:B/cA. c:B
zależą od własności obu parametrów A i :B.  Podjęto więc próby określenia w sposób empiryczny tych cech kwasów i zasad Lewisa, na podstawie których można by sądzić czy dany kwas lub zasada okażą się mocniejsze lub słabsze w danej reakcji kwasowo-zasadowej. Okazało się, że można wyróżnić dwie grupy, z punktu widzenia wzajemnego powinowactwa, kwasów i  dwie grupy zasad. w roku 1963 Pearson nazwał je kwasami lub zasadami twardymi i kwasami lub zasadami miękkimi i określił regułę według której twarde kwasy łączą się najchętniej z twardymi zasadami i odwrotnie. Granica pomiędzy miękkimi i twardymi kwasami czy zasadami nie jest ściśle określona dlatego też wyróżnia się też grupę kwasów/zasad o charakterze pośrednim. Ogólnie twarde kwasy czy zasady charakteryzują się małą polaryzowalnością i małymi rozmiarami atomów stanowiących w cząsteczce kwasu akceptory pary elektronowej a w zasadzie jej donory. Twarde kwasy redukują się trudno, a twarde zasady trudno utleniają. Różnica elektroujemności atomu akceptorowego i atomu donorowego jest dużą. W przypadku miękkich kwasów i zasad polaryzowalność jest znaczna, rozmiary atomów duże. Kwasy łatwo się redukują a zasady łatwo utleniają. Różnica elektroujemności pomiędzy atomami donorowymi i akceptorowymi jest niewielka.
Niektóre z kwasów i zasad w tej teorii podane są w poniższej tabeli:
Kwasy   Zasady  
twarde H+, Li+, K+
Be2+, Mg2+, Ca2+, Sr2+
Sc3+, La3+, Ce4+, Gd3+, Lu3+, Th4+, U4+, UO22+
Ti4+, Zr4+, Hf4+, VO2+, Cr3+, Cr6+, MnO3+, WO4+, Mn2+, Mn7+, Fe3+, Co3+
BF3, BCl3, BF3, Al3+, AlCl3, AlH3, Ga3+, In3+
CO2, NC+, Si4+, N3+, As3+, SO3, Cl3+, Cl7+, I5+, I7+,
HX tworzące wiązania wodorowe
twarde NH3, RNH2, N2H4, H2O, OH-, O2-, ROH, RO-, R2O, CH3COO-, CO32-, NO3-, PO43-, SO42-, ClO4-, F-, Cl-
pośrednie Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Rh3+, Ir3+, Ru3+, Os2+, GaH3, Sn2+, Pb2+, NO+, Sb3+, Bi3+, SO2 pośrednie aminobenzen, pirydyna, N2, N3-, NO2-, SO32-, Br-
miękkie CO(CN)63-, Pd2+, Pt2+, Pt4+, Cu+, Ag+, Cd2+, Hg+, Hg22+, BH3, GaCl3, GaBr3, Tl+, CH2, Br2, Br+, I2, I+, ICN, metale miękkie H-, etylen, benzen, CN-, RNC, CO, SCN-, R3P, R3As, R2S, RSH, RS-, S2O32-, I-

Zastosowanie zasady miękkich i twardych kwasów i zasad pozwala przewidywać kierunek niektórych reakcji chemicznych. Dalej na tej podstawie można wyjaśnić dlaczego wapń i magnez występują w przyrodzie jako węglany a metale jak miedź, rtęć, kadm najczęściej jako siarczki. Otóż w pierwszym przypadku mamy do czynienia z twardymi kwasami Ca2+ i Mg2+ i twardą zasadą jak CO32-. W drugim zaś z adduktami miękkich kwasów i zasad. Następnie opierając się na polaryzowalności i różnicy elektroujemności miękkich i twardych kwasów i zasad można twierdzić że addukt twardy kwas-twarda zasada tworzy wiązanie z dużym udziałem charakteru jonowego. Połączenia miękkich kwasów i zasad charakteryzuje raczej charakter kowalencyjny.

Niezależnie od tego nie można teorii twardych kwasów i zasad zarzucić że jest prosta i intuicyjna jak poprzednie teorie kwasowo zasadowe. Wręcz przeciwnie chyba trudno znaleźć bardziej pokręconą teorię chemiczną mającą tłumaczyć w miarę proste obserwacje rzeczywistości. No ale to tylko luźna uwaga autora strony.