A savak és bázisok, valamint a kémhatás kutatásában több neves tudós is jeleskedett, közéjük tartozik például Arrhenius és Brönsted is. Brönsted megállapításai szerint a fenti fogalmakat a következőképpen definiálhatjuk.
Sav az a molekula vagy ion, ami protont ad le.
Bázis az a molekula vagy ion, ami protont vesz fel.
Azokat a reakciókat, melyekben protonátadás (hidrogénion átadás) megy végbe, protolitikus reakcióknak nevezzük.
Tiszta vízben és híg vizes oldatban az oxóniumionok és hidroxidionok egyensúlyi koncentrációjának szorzata adott hőmérsékleten állandó, 25 C-on a konkrét értéke 10-14 (mol/dm3)2.
Ha az egyik ion koncentrációja növekszik, az egyensúly fennmaradásához a másik ion koncentrációjának csökkennie kell.
Ha egy vizes oldatban az oxóniumionok koncentrációja a magasabb, akkor savas az oldat, ha az hidroxidionoké, akkor lúgos kémhatásról beszélünk. Semleges kémhatás esetében az oxóniumionok és hidroxidionok koncentrációja egyenlő.
A vizes oldatok kémhatásának számszerű jellemzésére az oxóniumion koncentrációját elég megadni, a kémhatás megadására 1909-ben Sörensen vezette be a pH fogalmát.
A pH az oxóniumion-koncentráció 10-es alapú logaritmusának -1-szerese pH = -lg[H3O+].
A semleges kémhatás pH-ja 7, a savas kémhatás 7 alatti, a lúgos 7 fölötti pH-jú.
Savak és bázisok egymással való reagáltatása a közömbösítés, lényege, hogy az oxóniumionokból és hidroxidionokból vízmolekulák keletkeznek. Ha a közömbösítés semleges kémhatást eredményez, akkor semlegesítésről beszélünk, ez a legtöbb erős sav és erős lúg közömbösítő reakciójára jellemző.
A közömbösítési reakciók alapján meghatározható egy adott oldat sav vagy lúgtartalma, ezt sav-bázis titrálásnak nevezzük.
A reakcióban általában a víz mellett só képződik, amit bepárlással kinyerhetünk. A közömbösítés vizes oldatban megy végbe, sav helyett nemfém-oxid, míg bázis helyett fém-oxid is lehet kiindulási anyag.
| SO2 | + | 2NaOH | = | Na2SO3 | + | H2O |
| CaO | + | 2HCl | = | CaCl2 | + | H2O |
| NaOH + | HCl | = | NaCl | + | H2O | |
Ha a só kationja gyenge bázisból, illetve anionja gyenge savból származik, akkor ezek reakcióba lépnek a vízzel, és ennek eredménye a savas vagy lúgos kémhatású oldat.
Hidrolízisnek nevezzük azt a folyamatot, melynek során a vízmolekula protont ad át a só anionjának, vagy protont vesz fel a só kationjáról.
Erős sav és erős bázis sója semleges kémhatású (az összes molekula disszociál), például:
NaCl, KCl, CaCl2, MgCl2
Na2SO4, K2SO4
NaNO3, KNO3
NaOH + HCl = H2O + NaCl ( nem reagál vízzel)
erős bázis erős sav
Gyenge sav (nem disszociál teljes mértékben) erős bázissal (teljes disszociáció) alkotott sója lúgos kémhatású, például:
Na2CO3, K2CO3
NaHCO3, KHCO3
NaPO4
| NaOH | + | CH3-COOH | = | CH3-COONa | + | H2O | ||||
| erős bázis | gyenge sav | |||||||||
| CH3-COO– | + | H2O | = | CH3-COOH | + | OH– | ||||
| bázis | sav | sav | bázis | |||||||
| CH3-COO– | + | H3O+ | = | CH3-COOH | + | H2O | ||||
| CO3 | 2- | + | H2O | = | HCO3 | – | + | OH– | ||
Erős sav és gyenge bázis sója savas kémhatású, például: NH4Cl
| NH3 | + | HCl | = | NH4Cl | |||||
| gyenge bázis | erős sav | ||||||||
| NH4+ | + | H2O | = | NH3 + | H | 3 | O | + | |
sav bázis bázis sav