1. Wstęp do teorii kwasów i zasad Brónsteda.
Jest to absolutna licealna podstawa, której dobre rozumienie pozwala połączyć wiele chemicznych pojęć w większą, spójną całość. Jak zapewne każdy z Was wie Pan Brónsted i Lowry wymyślili sobie, że: 
Warto zaznaczyć, że nie można przypisać ani roli kwasu, ani zasady jonowi H+, ponieważ jon ten służy do wyznaczania funkcji kwasu, czy też zasady dla innych cząsteczek.
2. Przykłady reakcji opisanych wg teorii Brónsteda-Lowry’ego
Najlepiej zrozumieć dane zagadnienie na podstawie konkretnych przykładów. No to popatrzmy.
- Na początku reakcja dysocjacji amoniaku w wodzie:
W reakcji tej można powiedzieć, że woda przekazuje jon H+ cząsteczce amoniaku przekształcając się przy tym w jon OH–. Z kolei amoniak przyjmuje proton przekształcając się jednocześnie w kation amonowy, czyli jon NH4+. Tak więc, skoro woda oddaje proton, to można ją nazwać kwasem Brónsteda, natomiast amoniak przyjmujący jon H+ można nazwać zasadą Brónsteda, co obrazuje poniższy rysunek:
Reakcję tę można nazwać reakcją dysocjacji wodorotlenku amonu w wodzie, albo po prostu reakcją amoniaku z wodą. Co ciekawe, nie możecie na poziomie maturalnym zapisywać wodorotlenku amonu jako NH4OH. Powyższe równanie dysocjacji wodorotlenku amonu jest najbardziej poprawną wersją maturalną!! Należy jednak zaznaczyć, że w teorii Brónsteda – Lowry’ego powstaje para sprzężonych kwasów i zasad. Tak więc skoro oznaczyliśmy rolę poszczególnych drobin po stronie substratów, możemy to samo wykonać po stronie produktów tworząc przy tym pary sprzężonych kwasów i zasad Brónsteda. Spójrzmy na stronę produktów i rozstrzygnijmy rolę poszczególnych jonów. Kation amonowy (NH4+) może oddać proton przekształcając się w cząsteczkę amoniaku (musimy sobie wyobrazić, że reakcja toczy się w odwrotnym kierunku). Tak więc skoro NH4+ może oddać proton, to jest kwasem Brónsteda sprzężonym z cząsteczką NH3, gdyż drobiny te przechodzą w siebie nawzajem. Z kolei jon OH– może przyłączyć proton, stąd można go nazwać zasadą Brónsteda, która jest jednocześnie sprzężona z cząsteczką wody po stronie substratów. Powstają więc dwie pary kwasów-zasad Brónsteda, co można zobrazować następująco:
- drugi przykład. Tym razem reakcja kwasu chlorowego (I) z wodą, czyli jego dysocjacja:
W reakcji tej kwas chlorowy (I) oddaje proton wodzie. Tak więc HClO nazwiemy kwasem Brónsteda, z kolei wodę która przyjmuje proton nazwiemy zasadą Brónsteda. Możemy również opisać rolę jonów po stronie produktów. Ostatecznie powstają 2 pary sprzężonych kwasów-zasad wg Brónsteda, co można zwizualizować:
Widzimy więc, że przypisane przez nas role zgadzają się z tym jak te związki nazywamy. Kwas chlorowy(I) nazwaliśmy kwasem Brónsteda i rzeczywiście zaliczamy go do grupy związków zwanych kwasami. Z kolei wodorotlenek amonu (amoniak) nazwaliśmy zasadą Brónsteda i rzeczywiście pasuje to do grupy związków do której go przypisujemy. Wszystko jednak stanęłoby do góry nogami gdybyśmy rozważali dysocjację kwasu chlorowego(I) nie w wodzie, a w innym rozpuszczalniku. Mogłoby się okazać, że w reakcji tej kwas chlorowy (I) będzie pełnił rolę zasady, a nie kwasu.!!!
3. Im mocniejszy kwas, tym słabsza zasada jest z nim sprzężona wg teorii Brónsteda-Lowry’ego
Jest to bardzo ważna reguła, o której powinien wiedzieć każdy maturzysta!!! W praktyce jednak bywa różnie. Jak interpretować ową regułę? Przyjmijmy, że porównamy sobie dwa kwasy: kwas fluorowodorowy (HF) oraz kwas azotowy (III) (HNO2). Porównajmy stałe dysocjacji kwasowe (Ka), które możemy odczytać w tablicach maturalnych:
Ka dla kwasu azotowego (III) wynosi 0,00051
Ka dla kwasu fluorowodorowego wynosi 0,00063
Widzimy, że mocniejszym kwasem jest HF, któremu przypisuje się nieznacznie większą wartość (Ka). Teraz pytanie filozoficzne? Czymże jest kwas? Kwas jest cząsteczką/jonem protonującym inną cząsteczkę, o czym mówi nam przecież teoria Brónsteda. Tak więc, skoro HF jest silniejszym kwasem, czyli mocniej protonuje inne cząsteczki, a szczególnie wodę, bo to jej protonowanie rozważamy głównie na poziomie liceum, to jon powstający z trakcie tej protonacji, czyli jon F– będzie mniej chętnie przyjmować proton od innych cząsteczek, czyli będzie słabszą zasadą.
Porównując więc dwie zasady z kwasów wypisanych powyżej, czyli: F– oraz NO2– , możemy powiedzieć, że mocniejszą zasadą jest jest jon NO2– czyli:
F– < NO2–
Kwasowość i zasadowość są jakby skrajnymi ułożeniami w świecie chemii. Jeżeli porównalibyśmy to do świata zero-jedynkowego, to można powiedzieć, że im jakaś liczba jest bliżej 0, to tym dalej jest od liczby 1, co może lepiej pozwoli zrozumieć ową regułę. 
4. Teoria Brónsteda-Lowry’ego a rozumienie chemii na poziomie licealno-akademickim
Zawsze powtarzam, że jeżeli ktoś chce zdać chemię na maturze na wysoki wynik, to musi chemię rozumieć, a nie tylko umieć. Są różne poziomy zrozumienia chemii, a dokładne przemyślenie teorii Brónsteda-Lowry’ego jest kluczem do zrozumienia chemii na poziomie masterskim.
Teoria Brónsteda-Lowry’ego jest bezpośrednio powiązana ze stałymi dysocjacji (Ka oraz Kb), bo przecież dysocjacja kwasu/zasady jest niczym innym jak protonowaniem jednej cząsteczki przez drugą. Jeżeli zapisujemy równanie reakcji dysocjacji HF w wodzie:
i stworzymy następnie wzór na stałą równowagi tego procesu (Ka):
to wyrażamy za pomocą wartości Ka to jak mocno/jak łatwo kwas fluorowodorowy protonuje wodę w tym procesie. Co ciekawe, jeżeli spojrzymy na tę reakcję z punktu widzenia tematu: Budowa atomu, to okaże się że HF protonuje wodę po to, aby wskutek reakcji spełnić regułę oktetu. Dlaczego? Otóż po dysocjacji atom fluoru przekształca się w anion F–, a anion ten posiada o 1 elektron więcej niż zwykły fluor i przyjmuje w tym momencie konfigurację neonu. Można więc proces dysocjacji nazwać „walką o spełnienie reguły oktetu przy pomocy protonowania jednej cząsteczki przez drugą”. Takie spojrzenie na proces dysocjacji oraz na teorię Brónsteda dla jednych wydaje się oczywiste, jednak dla drugich stanowi niesamowite odkrycie i jest doskonałym zabiegiem dla zrozumienia chemii.
Pójdźmy jeszcze o krok dalej. Na poziomie liceum rozważamy podział na kwasy i zasady jedynie z punktu widzenia dysocjacji w wodzie. Jest to zabieg wystarczający do rozwiązywania zadań, ale niewystarczający do rozumienia chemii. Woda jest punktem odniesienia co do kwasowości/zasadowości innych związków, dlatego że jest jej „w brud” na naszej planecie. Jednakże samą wodę można nazwać kwasem/zasadą, jeżeli zmienimy punkt odniesienia. I tak dla przykładu, chyba wszystkim znana reakcja, którą zresztą zapisywaliśmy niedawno, czyli proces dysocjacji amoniaku w wodzie:
Jeżeli spojrzymy na tą reakcję jeszcze raz z trochę innego punktu widzenia, to okaże się, że woda w tej reakcji jest kwasem i protonuje amoniak. Mogę również powiedzieć, że woda w tej reakcji przekazuje proton amoniakowi dlatego, iż tlen w wodzie ma wyższą elektroujemność niż azot w amoniaku, stąd tlen bardziej chce osiągnąć oktet niż azot i chętniej proponuje go by po przyłączeniu dodatkowego elektronu zbliżyć się do osiągnięcia reguły oktetu.
Takie spojrzenie na teorię Brónsteda ze zrozumieniem że kwasowość/zasadowość jest cechą względną i zależną od charakteru rozpuszczalnika w którym dany związek się rozpuszcza, pozwala spojrzeć na chemię w zupełnie innym świetle i zrozumieć to, czego dużo osób na pozór nie widzi.
5. Teoria Brónsteda, a inne teorie kwasów i zasad.
Poza teorią Brónsteda, na poziomie liceum powinniście również mieć opanowaną doskonale teorię kwasów i zasad Lewisa, o której więcej możecie przeczytać w artykule: https://akademiachemiiblog.wordpress.com/2018/02/20/teoria-lewisa-omowienie-i-przyklady-pechowa-13-stka-w-ukladzie-okresowym/
Warto zrozumieć, że teorie kwasów i zasad bez znaczenia wg kogo sformułowane, w gruncie opisują te same procesy. Dla przykładu przeanalizujmy reakcję dysocjacji kwasu solnego w wodzie, inaczej mówiąc reakcję protonowania wody za pomocą HCl:
W reakcji tej HCl przekazuje proton wodzie, czyli pełni funkcję kwasu Brónsteda, co pokazuje poniższe równanie reakcji.
Jednakże, jeżeli spojrzelibyśmy na tą reakcję z punktu widzenia teorii Lewisa, to co się okaże? Wg Lewisa, zasada to dawca pary elektronowej, a kwas to biorca pary elektronowej. Jednak nie możemy rozważać kwasu solnego jako kwasu/zasady Lewisa. Kwasy które my popularnie tak nazywamy są adduktami kwasowo-zasadowymi, a dopiero wskutek ich dysocjacji powstający jon H+ można nazwać kwasem Lewisa, co pokazuje poniższe równanie:
Powstający w reakcji jon H+ jest potencjalnym kwasem Lewisa, gdyż posiada deficyt elektronów (konkretnie 0 elektronów), stąd może przyjmować od innych pierwiastków parę elektronową. Na poniższym równaniu reakcji widać dobrze, jak jedna cząsteczka wody (zasada Lewisa) przekazuje wolną parę elektronową jonowi H+ (kwas Lewisa) pochodzącemu od cząsteczki HCl.
I co prawda, to jon H+ jest stricte kwasem Lewisa, a nie cała cząsteczka HCl, ale w pewnym uproszczeniu można stwierdzić, że w obydwóch regułach cząsteczka HCl pełni funkcję kwasu, natomiast woda – funkcję zasady.
Czasami może się zdarzyć, że niemożliwe będzie wyznaczenie roli kwasu/zasady wg jednej z teorii. Dla przykładu rozważmy reakcję borowodoru z amoniakiem zachodzącą wg równania:
Widzimy która cząsteczka pełni funkcję kwasu, a która zasady wg Lewisa, jednakże nie wyznaczylibyśmy tego w teorii Brónsteda, dlaczego? Otóż w reakcji tej nie dochodzi do przekazania protonu (jonu H+), tylko do przekazania wolnej pary elektronowej. Stąd nie dałoby się wyznaczyć roli kwasu/zasady wg Brónsteda.
Podsumowując, z aspektu licealnego najbardziej przydatną jest teoria kwasów i zasad Brónsted’a. Role kwasów/zasad wyznaczone wg różnych teorii zazwyczaj się ze sobą pokrywają. Jednakże, nie zawsze da się wyznaczyć jaką funkcję pełni dana cząsteczka/jon w analizowanej teorii ze względu na jej ograniczenia.
Pozdrawiam,
Łukasz Lijewski – AKADEMIA CHEMII
Wszelkie prawa zastrzeżone!!!
Zamieszczanie jakichkolwiek fragmentów tego artykułu w innych publikacjach i stronach internetowych bez zgody autora jest zabronione.