化学 において、酸と塩基 （さんとえんき、英語 : acid and base ）とは、酸 および塩基 の総称である。化学物質 の分類法 の1つ。
酸と塩基は、互いに正反対の性質を持っており、対義語 の関係にある。
酸 を水 に溶かすと、酸性 の水溶液 ができる。また、塩基 を水に溶かすと、塩基性 （あるいはアルカリ性 ）の水溶液ができる。
酸にも塩基にも分類されない化学物質には、特別な名称 は与えられていない。しかしその中でも特に、中和反応 酸塩基反応 由来 する化学物質（すなわち、中和 することでその化学物質を生成 するような酸と塩基の組が、少なくとも1組存在するもの）については、『塩 名称 が与えられている。
酸性でも塩基性でもない、両者の中間に相当する水溶液 のことを、中性 の水溶液という。ただし、『酸にも塩基にも分類されない化学物質』を水に溶かしても、その水溶液が中性 になるとは限らない。その代表例が、塩の加水分解 である。すなわち、『酸性の水溶液や塩基性の水溶液を作ることができる溶質 は、酸や塩基だけではない 』という点には注意が必要である。
以上の説明は、水 との反応を重視しないブレンステッド・ローリーの定義 やルイスの定義 を用いたものである。しかし、水との反応を重視するアレニウスの定義 を用いた場合は、この限りではない。
すなわち、アレニウスの定義を用いた場合は、『酸性の水溶液や塩基性の水溶液を作ることができる溶質 は、酸や塩基だけ 』である。
現代の化学では、主にアレニウスの定義 、ブレンステッド・ローリーの定義 、ルイスの定義 、ウサノビッチの定義 という4つの定義 方法が存在する。アレニウスの定義が最も厳しく、この順に、酸あるいは塩基に分類される化学物質の種類が増加していき、酸にも塩基にも分類されない化学物質の種類が減少していく。
そのときそのときの目的に応じて、最も適切な定義 を採用することが大切である。
スウェーデン の科学者 スヴァンテ・アレニウス は、酸と塩基を以下のように定義したMF1 (p144) ：
酸：水
H
2
O
{\displaystyle {\ce {{H2O}}}}
ヒドロニウムイオン
H
3
O
+
{\displaystyle {\ce {H3O^{+}}}}
生成 する物質[ 注釈 1]
塩基：水
H
2
O
{\displaystyle {\ce {{H2O}}}}
水中 で解離 することによって、水酸化物イオン
OH
− − -->
{\displaystyle {\ce {OH^{-}}}}
生成 する物質[ 注釈 2] 塩 （たとえば、塩化アンモニウム や硫酸水素ナトリウム など。）は酸 に分類され、水と反応して塩基性の水溶液を生成する塩（たとえば、酢酸ナトリウム や炭酸ナトリウム など。）は塩基 に分類される。すなわち、前者の物質は塩であると同時に酸でもあり、後者の物質は塩であると同時に塩基でもある。
アレニウスの定義における塩基のことを、アルカリ
なお、この定義文からも分かるように、アレニウスの定義には『水溶液 以外の状態（たとえば気体 や、融解 した液体 など。）に対しては、酸と塩基を定義することができないMF2 (p320) 』という欠点がある。
アレニウスの定義における欠点を補うため、デンマーク の化学者 ヨハンス・ブレンステッド とイギリス の化学者 マーチン・ローリー は、ヒドロン
H
+
{\displaystyle {\ce {H^{+}}}}
酸：ヒドロン
H
+
{\displaystyle {\ce {H^{+}}}}
MF2 (p320)
塩基：ヒドロン
H
+
{\displaystyle {\ce {H^{+}}}}
MF2 (p320) イオン化 した分子 に対しても酸や塩基が定義できる。ブレンステッド・ローリーの定義は、定義の範囲を水溶液 に限定していないので、アレニウスの定義にあった「水溶液にしか定義できない」という欠点が解消されている。
アレニウスによる酸の定義は、ブレンステッド・ローリーによる酸の定義における「他の物質」が水分子である場合に相当するので、ブレンステッド・ローリーによる酸の定義はアレニウスによる酸の定義を含意する。
一方ブレンステッド・ローリーによる塩基の定義は、見かけ上、アレニウスによる塩基の定義と大幅に異なるが、『アレニウスによる塩基の定義における「塩基」が生成する水酸化物イオン
OH
− − -->
{\displaystyle {\ce {OH^{-}}}}
ヒドロン
H
+
{\displaystyle {\ce {H^{+}}}}
水分子
H
2
O
{\displaystyle {\ce {{H2O}}}}
アレニウスの定義と違い、ブレンステッド・ローリーによる酸と塩基の定義は、反応相手となる「他の物質」の存在があって初めて意味を持つものである。したがってある物質が「他の物質」Xに対しては酸であるにもかかわらず、Xとは異なる「他の物質」Yに対しては塩基であるという事も起こりうる。
例えば、水は塩酸 に対しては塩基として働くがMF2 (p321) 、アンモニア に対しては酸として働くMF2 (p321) 。
酸(acid)を HA 、塩基(base)を B とすると、ブレンステッド・ローリーによる酸塩基反応は一般に次の化学反応式 で表されるMF2 (p321) ：
H
A
+
B
⟵ ⟵ -->
→ → -->
A
− − -->
+
H
B
+
a
c
i
d
b
a
s
e
c
o
n
j
u
g
a
t
e
b
a
s
e
c
o
n
j
u
g
a
t
e
a
c
i
d
{\displaystyle {\begin{matrix}&{\rm {HA}}&+&{\rm {B\ }}&{\overrightarrow {\longleftarrow }}\ &{\rm {A^{-}}}&+&{\rm {HB^{+}}}\\&{\rm {^{acid}}}&&{\rm {^{base}}}&&{\rm {^{conjugate\ base}\ }}&&{\rm {^{conjugate\ acid}}}\\\end{matrix}}}
この式は、左辺から右辺への反応と、右辺から左辺への反応がともに起こる反応（可逆反応 ）であることを意味する（この化学平衡 の平衡定数から酸解離定数 を定義する）。
そこで逆に、右辺から左辺への反応過程を見てみると、（ブレンステッド・ローリーの定義における）塩基
A
− − -->
{\displaystyle {\ce {A^{-}}}}
HB
+
{\displaystyle {\ce {HB^{+}}}}
こうした理由により、
A
− − -->
{\displaystyle {\ce {A^{-}}}}
共役塩基
HB
+
{\displaystyle {\ce {HB^{+}}}}
共役酸 MF2 (p321) 。
アメリカ の化学者 ギルバート・ルイス は、ブレンステッド・ローリーの定義よりもさらに範囲を広げて、以下のような、電子対 の授受を用いた定義を考案した：
酸：電子対を他の物質から受け取ることができる物質MF2 (p346)
塩基：電子対を他の物質に渡すことができる物質MF2 (p346) ヒドロン
H
+
{\displaystyle {\ce {H^{+}}}}
電子対 をヒドロン
H
+
{\displaystyle {\ce {H^{+}}}}
HB
+
{\displaystyle {\ce {HB^{+}}}}
MF2 (p346) 。同様の理由により、ルイスによる酸の定義はブレンステッド・ローリーによる酸の定義を含意するMF2 (p346) 。
しかしルイスの定義は、ヒドロン
H
+
{\displaystyle {\ce {H^{+}}}}
A
l
3
+
+
6
H
2
O
{\displaystyle \mathrm {Al} ^{3+}+6\mathrm {H_{2}O} }
↽ ↽ -->
− − -->
− − -->
⇀ ⇀ -->
{\displaystyle {\ce {\ <=>\ }}}
A
l
(
H
2
O
)
6
3
+
{\displaystyle \mathrm {Al} (\mathrm {H_{2}O} )_{6}{}^{3+}}
という反応では、ヒドロン
H
+
{\displaystyle {\ce {H^{+}}}}
H
2
O
{\displaystyle {\ce {{H2O}}}}
A
l
3
+
{\displaystyle \mathrm {Al} ^{3+}}
A
l
3
+
{\displaystyle \mathrm {Al} ^{3+}}
H
2
O
{\displaystyle {\ce {{H2O}}}}
MF2 (p346) 。
1939年 にソビエト連邦 のウサノビッチ (М. Усанович ) が提出した定義では、酸は水素イオン およびその他の陽イオン を放出するもの、あるいは電子 および陰イオン と結合する能力のあるものはすべて含まれる田中71 [要ページ番号 。
N
a
+
H
2
O
⟵ ⟵ -->
→ → -->
N
a
+
+
O
H
− − -->
+
1
2
H
2
b
a
s
e
a
c
i
d
a
c
i
d
b
a
s
e
b
a
s
e
{\displaystyle {\begin{matrix}&{\rm {Na}}&+&{\rm {H_{2}O\ }}&{\overrightarrow {\longleftarrow }}\ &{\rm {Na^{+}}}&+&{\rm {OH^{-}}}&+&{\rm {{\dfrac {~1~}{2}}H_{2}}}\\&{\rm {^{base}}}&&{\rm {^{acid}}}&&{\rm {^{acid}}}&&{\rm {^{base}}}&&{\rm {^{base}}}\\\end{matrix}}}
この定義では陰イオンおよび電子（および電子を放出するもの）まで塩基となり、電子の授受といった酸化還元反応 までを酸塩基反応 と解釈し、究極にはすべての化学反応 を包括することになり拡張解釈が過ぎるため、今日ではこの定義が用いられることはほとんどない。
しかし、この定義は『どこまでなら解釈を拡張しても良いのか』という議論 を引き起こすきっかけ となったため、その点で、ウサノビッチの功績は大きいと言える。
この節では、アレニウスの定義 における「酸」と「塩基」がもつ化学的性質について解説する。
リトマス試験紙 水 に酸 を溶かし、その水溶液 をリトマス試験紙 につけると、リトマス試験紙の色が赤色 に変色する。逆に、水に塩基 を溶かし、その水溶液をリトマス試験紙につけると、リトマス試験紙の色が青色 に変色する。酸性の水溶液は鉄 を溶かして水素 を生じる。（塩基性では反応なし） 酸性の水溶液には酸味 があり、塩基性の水溶液には苦味 がある。 塩基性の水溶液が皮膚 に付着すると、ヌルヌルとした感触が感じられる。
ある溶液の酸性（塩基性）の強弱は、それに溶けている酸（塩基）固有の「強度」と、溶液中のその物質の「濃度 」に依存する。例えば、硫酸 は物質としては強い酸であるが、もし濃度が低ければ、溶液全体の酸性は弱い。
それぞれの物質固有の（濃度に依存しない）強度の指標としては、酸解離定数 (pK a ) がある。また、濃度を加味した溶液としての性質の指標として水素イオン指数 (pH) 、酸度関数 (H 0 ) および規定度 がある。これらは場合によって使い分けがされる。酸性度をあらわすために希薄水溶液中では pH を用いるのが一般的であるが、濃厚溶液および非水溶媒中においては酸度関数を用いる。
また有機溶媒中での反応を議論することの多い有機化学 では、反応物 の水素イオンの解離の程度を pK a によって議論することが多い。
水中で電離する化合物の酸性（塩基性）の強弱は、その物質の電離度 電解質 が溶液中で解離（電離）しているモル比をあらわす値で、電離度がほぼ 1 である酸（塩基）を強酸 強塩基 弱酸 弱塩基 超酸 ということがある。
より定量的に酸（塩基）の強さを示す場合は、解離平衡を考え、その平衡定数 K a の対数 に負号をつけた酸解離定数 pK a で表すことが多い。塩基に対しては、共役酸の pK a か、特に水中の場合では塩基解離定数 K b = 14 − pK a が用いられる。
例えば、酢酸 の pK a は 4.76 、ギ酸 の pK a は 3.77 である[ 1] pK a は定義から数値が小さいほど水素イオンを解離しやすい、すなわち強い酸であることを示す。したがって、同じ弱酸でもギ酸のほうが酢酸より 10 倍強いことが分かる。
また、この表記法を用いると、有機物など通常電離するとは考えない化合物に対しても酸・塩基の強度すなわちプロトン解離の指標として用いることができる。例えば、水中でのメタン の pK a は 48、ベンゼン は 43 であり、ベンゼンの水素の方がはるかに酸性が強い（すなわち、プロトンとして引き抜かれやすい）ことが分かる。[ 2]
塩基の強さは共役酸の pK a から判断することができる。例えば、プロトン化されたアンモニア （アンモニウム）のpK a は 9.2、トリエチルアミン は 10.75 である。すなわち、トリエチルアミンに配位したプロトンはアンモニアの場合に比べて 1 桁ほど解離しにくい。このことは、トリエチルアミンがアンモニアに比べて 10 倍強い塩基であることを示している。
酸解離定数を指標として用いることで、クライゼン縮合 など、水素引き抜きが関与する反応に必要な塩基を推量することができる。
また酸と塩基には、「硬い」「軟らかい」という表現をされる定性的 な性質がある。詳しくはHSAB則 を参照。
ある物質の溶液の酸・塩基を議論する際には、その物質の濃度も重要な要素となる。濃度を含めた酸・塩基の指標としては、規定度 や水素イオン指数 がある。
規定度 は酸・塩基の価数とモル濃度 の積で表される値で、単位 N で示される。ただし、IUPAC [ 3] 計量法 [ 注釈 3]
水素イオン指数 （pH）は、通常は水溶液中において、水素イオンの濃度を対数 で示したものである。水素イオン指数は現実的な酸・塩基の強度にあった指標であるが、単純に酸・塩基の濃度に比例するものではないため、値を知りたい場合には酸塩基指示薬 などによって調べる必要がある。また、水溶液以外に適用する場合には、自己解離 や水平化効果 を考える必要がある。
室温 では、pHが7 のとき中性、7より小さいとき酸性、7よりも大きいとき塩基性である。
^ この物質を構成していた陰イオン が、
H
3
O
+
{\displaystyle {\ce {H3O^{+}}}}
^ この物質を構成していた陽イオン が、
OH
− − -->
{\displaystyle {\ce {OH^{-}}}}
^ 平成9年9月30日までは法定計量単位とみなされていた[ 4]
[田中71] 田中元治『酸と塩基』裳華房〈基礎化学選書8〉、1971年、6-7頁。
[F67]H・Freiser、Q・Fernando 藤永太一郎、関戸栄一訳 (1967/8). イオン平衡―分析化学における . 化学同人
[MF1] J. McMurry、R. C. Fay 著、荻野博、 山本学、大野公一 訳「7章「水溶液内の反応」」『マクマリー 一般化学（上）』東京化学同人 、2010年11月24日。ISBN 9784807907427 。
[MF2] J. McMurry、R. C. Fay 著、荻野博、 山本学、大野公一 訳「13章「水溶液内平衡 酸と塩基」」『マクマリー 一般化学（下）』東京化学同人 、2011年2月23日。ISBN 9784807907434 。
