酸

酸は、プロトン（水素イオン、H ⁺）を供与する能力を持つ分子またはイオンであり、ブレンステッド・ローリー酸として知られています。また、電子対と共有結合を形成する能力を持つ分子またはイオンであり、ルイス酸として知られています。^[1]

酸の最初のカテゴリは、プロトン供与体、またはブレンステッド・ローリー酸です。水溶液の特殊なケースでは、プロトン供与体はヒドロニウムイオンH ₃ O ^{+を形成し、}アレニウス酸として知られています。ブレンステッドとローリーは、アレニウス理論を非水溶媒を含むように一般化しました。ブレンステッド酸またはアレニウス酸には通常、H ⁺を失った後もエネルギー的に有利な化学構造に結合した水素原子が含まれています。

水性アレニウス酸は、酸の実際的な説明となる特徴的な性質を持つ。^[2]酸は酸味のある水溶液を形成し、青色リトマス紙を赤色に変えることができ、塩基や特定の金属（カルシウムなど）と反応して塩を形成する。酸という言葉は、ラテン語 の「酸っぱい」を意味するacidusに由来する。 ^[3]酸の水溶液のpH は7 未満で、口語では「酸」（「酸に溶けている」など）とも呼ばれるが、厳密な定義では溶質のみを指す。^[1] pH が低いほど酸性度が高く、溶液中の陽水素イオンの濃度が高くなります。酸の性質を持つ化学物質または物質は酸性であると言われます。

一般的な水性酸には、塩酸（胃酸に含まれ、消化酵素を活性化する塩化水素の溶液）、酢酸（酢はこの液体の希薄水溶液です）、硫酸（車のバッテリーに使用されます）、クエン酸（柑橘類に含まれています）などがあります。これらの例が示すように、酸（口語的な意味での）は溶液または純物質であり、固体、液体、または気体である酸（厳密な^[1]意味での）から生成できます。強酸と一部の濃縮弱酸は腐食性がありますが、カルボランやホウ酸などの例外もあります。

2つ目の酸のカテゴリーはルイス酸で、電子対と共有結合を形成する。一例としては三フッ化ホウ素（BF ₃）があり、そのホウ素原子は空軌道を持ち、塩基中の原子（例えばアンモニア（NH ₃）中の窒素原子）上の孤立電子対を共有することで共有結合を形成することができる。ルイスはこれをブレンステッドの定義の一般化とみなし、酸とは電子対を直接受け入れるか、または溶液中にプロトン（H ⁺ ）を放出して電子対を受け入れる化学種であるとした。しかし、塩化水素、酢酸、および他のほとんどのブレンステッド・ローリー酸は電子対と共有結合を形成できないため、ルイス酸ではない。^[4]逆に、多くのルイス酸はアレニウス酸でもブレンステッド・ローリー酸でもない。現代の用語では、酸は暗黙的にブレンステッド酸であり、ルイス酸ではない。化学者はほとんどの場合、ルイス酸を明示的にそのように呼ぶからである。^[4]

現代の定義は、すべての酸に共通する基本的な化学反応に関係しています。

日常生活で遭遇するほとんどの酸は水溶液、つまり水に溶けることができるため、アルレニウスとブレンステッド・ローリーの定義が最も関連性があります。

ブレンステッド・ローリーの定義は最も広く使用されている定義です。特に指定がない限り、酸塩基反応は酸から塩基への プロトン (H ^{+ ) の移動を伴うものと想定されます。}

ヒドロニウムイオンは、3 つの定義すべてにおいて酸です。アルコールとアミンはブレンステッド・ローリー酸になり得ますが、酸素原子と窒素原子の孤立電子対により ルイス塩基としても機能します。

1884年、スヴァンテ・アレニウスは酸性の性質が水素イオン（H ⁺）に起因すると考え、これは後にプロトンまたはヒドロンと呼ばれるようになりました。アレニウス酸は、水に加えると水中のH ⁺イオンの濃度が上昇する物質です。 ^{[4] [5]}化学者は酸塩基反応を説明するときにH ⁺ ( aq )と書いて水素イオンを指すことが多いですが、自由水素核であるプロトンは水中で単独で存在するのではなく、ヒドロニウムイオン（H ₃ O ⁺）またはその他の形（H ₅ O ₂ ⁺、H ₉ O ₄ ⁺）として存在します。したがって、アレニウス酸は水に加えるとヒドロニウムイオンの濃度が上昇する物質とも言えます。例としては、塩化水素や酢酸などの分子性物質があります。

一方、アルレニウス塩基は、水に溶解すると水酸化物(OH ⁻ ) イオンの濃度を高める物質です。イオンが反応して H ₂ O 分子が形成されるため、ヒドロニウムの濃度は低下します。

水_​​⁺
_(水)+ ああ⁻
_（水）⇌ H ₂ O _(液体) + H ₂ O _(液体)

この平衡により、ヒドロニウムの濃度が増加すると、水酸化物の濃度は減少します。したがって、アルレニウス酸は水酸化物の濃度を減少させる酸であり、アルレニウス塩基は水酸化物の濃度を増加させる酸であると言えます。

^{酸性溶液では、ヒドロニウムイオンの濃度は 1 リットルあたり 10 −7} モル以上です。pH はヒドロニウムイオンの濃度の負の対数として定義されるため、酸性溶液の pH は 7 未満になります。

アルレニウスの概念は多くの反応を説明するのに役立ちますが、その範囲は非常に限られています。1923年、化学者のヨハネス・ニコラウス・ブレンステッドとトーマス・マーティン・ローリーは、酸塩基反応にはプロトンの移動が関与することを独立に認識しました。ブレンステッド・ローリー酸（または単にブレンステッド酸）は、ブレンステッド・ローリー塩基にプロトンを供与する種です。^[5]ブレンステッド・ローリー酸塩基理論は、アルレニウス理論に比べていくつかの利点があります。酢に特徴的な味を与える 有機酸である酢酸（CH ₃ COOH）の次の反応を考えてみましょう。

CH ₃ COOH + H ₂ O ⇌ CH ₃ COO ⁻ + H ₃ O ⁺

CH ₃ COOH + NH ₃ ⇌ CH ₃ COO ⁻ + NH+4

どちらの理論も最初の反応を簡単に説明します。CH ₃ COOH は、水に溶解するとH ₃ O ⁺の供給源として機能するため、アルレニウス酸として機能し、水にプロトンを供与することでブレンステッド酸として機能します。2 番目の例では、CH _{3 COOH は同じ変換を受け、この場合はアンモニア (NH 3} )にプロトンを供与しますが、反応でヒドロニウムが生成されないため、酸のアルレニウス定義とは関係ありません。ただし、CH ₃ COOH はアルレニウス酸とブレンステッド・ローリー酸の両方です。

ブレンステッド・ローリー理論は、非水溶液または気相中の分子化合物の反応を説明するために使用できます。塩化水素(HCl) とアンモニアは、いくつかの異なる条件下で結合して塩化アンモニウムNH ₄ Clを形成します。水溶液では、HCl は塩酸として動作し、ヒドロニウムイオンと塩化物イオンとして存在します。次の反応は、アルレニウスの定義の限界を示しています。

1. 水_​​⁺
   _(水)+ クリア⁻
   _（水）+ NH ₃ → 塩素⁻
   _（水）+ NH⁺
   _4(水溶液) + H ₂ O
2. HCl _{(ベンゼン)} + NH _{3(ベンゼン)} → NH ₄ Cl _(s)
3. HCl _(g) + NH _3(g) → NH ₄ Cl _(s)

酢酸の反応と同様に、最初の例では両方の定義が当てはまります。この例では、水が溶媒で、HCl 溶質によってヒドロニウムイオンが生成されます。次の 2 つの反応ではイオンの生成は発生しませんが、やはりプロトン移動反応です。2 番目の反応では、塩化水素とアンモニア (ベンゼンに溶解) が反応してベンゼン溶媒中で固体の塩化アンモニウムを形成し、3 番目の反応では気体の HCl と NH ₃が結合して固体を形成します。

3 つ目の、わずかに関連性のある概念は、1923 年にギルバート N. ルイスによって提唱されました。これは、プロトン移動を伴わない酸塩基特性を持つ反応を含みます。ルイス酸は、別の種から電子対を受け取る種です。言い換えると、電子対受容体です。^[5]ブレンステッド酸塩基反応はプロトン移動反応ですが、ルイス酸塩基反応は電子対移動です。多くのルイス酸はブレンステッド - ローリー酸ではありません。次の反応が酸塩基化学の観点からどのように説明されるかを比較してください。

最初の反応では、フッ化物イオンF ^{− が}三フッ化ホウ素に電子対を譲り渡し、テトラフルオロホウ酸塩という生成物を形成します。フッ化物は、 B-F 結合で共有されている電子が 2 つの原子核の間の空間領域に位置しているため、フッ化物原子核から孤立フッ化物イオンよりも遠く離れているため、価電子対を「失います」。BF ₃は、フッ化物から電子対を受け取るため、ルイス酸です。この反応は、プロトン移動がないため、ブレンステッド理論では説明できません。

2 番目の反応は、どちらの理論でも説明できます。プロトンは、指定されていないブレンステッド酸から、ブレンステッド塩基であるアンモニアに移動します。または、アンモニアはルイス塩基として機能し、孤立電子対を移動させて水素イオンと結合を形成します。電子対を獲得する種はルイス酸です。たとえば、H ₃ O ⁺の酸素原子は、H—O 結合の 1 つが切断され、結合で共有されている電子が酸素に局在すると、電子対を獲得します。

文脈によっては、ルイス酸は酸化剤や求電子剤とも呼ばれることがあります。酢酸、クエン酸、シュウ酸などの有機ブレンステッド酸はルイス酸ではありません。^[4]これらは水中で解離してルイス酸H ⁺を生成しますが、同時に同量のルイス塩基（前述の酸の場合はそれぞれ酢酸塩、クエン酸塩、シュウ酸塩）も生成します。この記事では、ルイス酸ではなくブレンステッド酸について主に扱います。

酸の反応は、 HA ⇌ H ⁺ + A ⁻という形で一般化されることが多い。ここで、HAは酸、A ⁻は共役塩基を表す。この反応はプロトリシスと呼ばれる。酸のプロトン化された形（HA）は、遊離酸と呼ばれることもある。^[6]

酸塩基共役対はプロトンが 1 つ異なり、プロトンの追加または除去 (それぞれプロトン化と脱プロトン化) によって相互変換できます。酸は荷電種で共役塩基は中性の場合があり、その場合、一般化された反応スキームはHA ⁺ ⇌ H ⁺ + Aと記述できます。溶液中では、酸とその共役塩基の間に平衡が存在します。平衡定数Kは、溶液中の分子またはイオンの平衡濃度の表現です。括弧は濃度を示し、[H ₂ O] はH ₂ Oの濃度を意味します。酸解離定数K _{a は、一般に酸塩基反応の文脈で使用されます。K a}の数値は、生成物の濃度の積 (乗算) を反応物の濃度で割ったものに等しく、ここで反応物は酸 (HA)、生成物は共役塩基と H ⁺です。

${\displaystyle K_{a}={\frac {{\ce {[H+] [A^{-}]}}}{{\ce {[HA]}}}}$

2 つの酸のうち強い方の酸のK _{a は}弱い方の酸よりも高くなります。強い酸の方が陽子を失う傾向が大きいため、酸に対する水素イオンの比率は強い酸の方が高くなります。K a の可能な値の範囲は桁違いに大きいため、_扱いやすい定数 p K _{a (p} K _a = −log ₁₀ K _a)がより頻繁に使用されます。強い酸の p K _aは弱い酸よりも小さくなります。25 °C の水溶液で実験的に測定された p K _{a は}、教科書や参考資料でよく引用されています。

アルレニウス酸は、その陰イオンに応じて命名されます。従来の命名システムでは、イオン接尾辞は削除され、次の表に従って新しい接尾辞に置き換えられます。酸が水素と他の 1 つの元素のみで構成されている場合は、接頭辞「hydro-」が使用されます。たとえば、HCl は陰イオンとして塩化物を持っているため、接頭辞 hydro- が使用され、接尾辞 -ide によって名前はhydrochloric acid という形式になります。

古典的な命名システム:

IUPAC命名システムでは、イオン化合物の名前に「水性」が単に追加されます。したがって、酸性溶液としての塩化水素の場合、IUPAC 名は水性塩化水素です。

酸の強さとは、プロトンを失う能力または傾向を指します。強酸は水中で完全に解離する酸です。言い換えると、1モルの強酸 HA が水に溶解すると、1 モルの H ⁺と 1 モルの共役塩基 A ⁻が生成され、プロトン化された酸 HA は生成されません。対照的に、弱酸は部分的にしか解離せず、平衡状態では酸と共役塩基の両方が溶解しています。強酸の例には、塩酸(HCl)、ヨウ化水素酸(HI)、臭化水素酸(HBr)、過塩素酸(HClO ₄ )、硝酸(HNO ₃ )、硫酸(H ₂ SO ₄ ) などがあります。水中では、これらは基本的に 100% イオン化します。酸が強いほど、プロトン H ^{+ を}失いやすくなります。脱プロトン化の容易さに寄与する 2 つの主な要因は、 H—A 結合の極性と、H—A 結合の強度を決定する原子 A のサイズです。酸の強度は、共役塩基の安定性の観点から議論されることもよくあります。

強酸は弱酸よりも 酸解離定数K _aが大きく、 p K _aが低くなります。

スルホン酸は有機酸素酸であり、強酸の一種です。一般的な例としては、トルエンスルホン酸（トシル酸）があります。硫酸自体とは異なり、スルホン酸は固体になることがあります。実際、ポリスチレンスルホン酸に官能化されたポリスチレンは、ろ過可能な固体の強酸性プラスチックです。

超酸は100%硫酸よりも強い酸です。超酸の例としては、フルオロアンチモン酸、マジック酸、過塩素酸などがあります。最も強い酸として知られているのは、水素化ヘリウムイオン^[7]で、陽子親和力は177.8kJ/molです。^{[8]超酸は水を恒久的にプロトン化して、イオン性結晶性}ヒドロニウム「塩」を生成します。また、カルボカチオンを定量的に安定化することもできます。

K _{a は}酸性化合物の強さを測りますが、酸性水溶液の強さは pH で測られ、これは溶液中の水素イオンの濃度の指標です。酸性化合物の単純な水溶液の pH は、化合物の希釈度と化合物のK _aによって決まります。

ルイス酸はECWモデルで分類されており、酸の強さには一定の順序がないことが示されています。^[9] 一連の塩基に対するルイス酸の相対的な受容体強度は、他のルイス酸と比較して、CBプロットで示すことができます。^{[10] [11]} ルイス酸の強さの順序を定義するには、少なくとも2つの特性を考慮する必要があることが示されています。ピアソンの定性的HSAB理論の場合、 2つの特性は硬度と強度であり、ドラゴの定量的ECWモデルの場合、2つの特性は静電的と共有結合です。

一価酸は一塩基酸とも呼ばれ、以下に示すように、 解離（イオン化とも呼ばれる）のプロセス中に分子あたり1 つの陽子を供与できる酸です（HA で表記）。

HA (aq) + H _{2      O} (l) ⇌ H ₃ O ⁺ (aq) + A ⁻ (aq) Ka

鉱酸における一塩基酸の一般的な例としては、塩酸(HCl) や硝酸(HNO ₃ )などがあります。一方、有機酸の場合、この用語は主に 1 つのカルボン酸基の存在を示し、これらの酸はモノカルボン酸と呼ばれることもあります。有機酸の例としては、ギ酸(HCOOH)、酢酸(CH ₃ COOH)、安息香酸(C ₆ H ₅ COOH)などがあります。

多塩基酸は多塩基酸とも呼ばれ、分子あたり1つのプロトンしか供与しない一塩基酸とは対照的に、酸分子あたり1つ以上のプロトンを供与することができます。多塩基酸の特定のタイプには、ジプロトン酸（または二塩基酸）（供与可能なプロトンが2つ）、トリプロトン酸（または三塩基酸）（供与可能なプロトンが3つ）など、より具体的な名前が付けられています。タンパク質や核酸などの一部の高分子は、非常に多くの酸性プロトンを持つことができます。^[12]

二塩基酸（ここでは H ₂ A で表記）は pH に応じて 1 回または 2 回の解離を起こすことができます。それぞれの解離には独自の解離定数 K _a1と K _a2があります。

H ₂ A (水溶液) + H ₂ O (l) ⇌ H ₃ O ⁺ (水溶液) + HA ⁻ (水溶液)     K _a1

HA ⁻ (aq) + H ₂ O (l) ⇌ H ₃ O ⁺ (aq) + A ²⁻ (aq)       Ka _a2

最初の解離定数は、通常、2番目の解離定数よりも大きくなります（つまり、K _a1 > K _a2）。たとえば、硫酸（H ₂ SO ₄）は、1つのプロトンを供与して、重硫酸アニオン（HSO⁻
₄）、 K _a1が非常に大きいため、2番目のプロトンを供与して硫酸アニオン（SO²⁻⁴
_...）、ここでK _{a2 は}中程度の強さです。最初の解離の大きなK _a1により、硫酸は強酸になります。同様に、弱く不安定な炭酸 （H ₂ CO ₃）は、1つのプロトンを失って重炭酸イオン（HCO⁻
₃）と炭酸イオン（CO²⁻³
_...）。両方のK _a値は小さいですが、K _a1 > K _a2です。

三塩基酸 (H _{3 A) は 1 回、 2 回、または 3 回の解離を起こすことができ、解離定数は 3 つあり、} K _a1 > K _a2 > K _a3です。

H ₃ A (水溶液) + H ₂ O (l) ⇌ H ₃ O ⁺ (水溶液) + H ₂ A ⁻ (水溶液)      K _a1

H ₂ A ⁻ (aq) + H ₂ O (l) ⇌ H ₃ O ⁺ (aq) + HA ²⁻ (aq)       Ka _a2

HA ²⁻ (aq) + H ₂ O (l) ⇌ H ₃ O ⁺ (aq) + A ³⁻ (aq)      Ka _a3

三価酸の無機例としては、通常単にリン酸と呼ばれるオルトリン酸（H ₃ PO ₄ ）がある。3つのプロトンがすべて失われると、H ₂ POになる。⁻
₄、HPO²⁻⁴
_...、そして最後にPO^{3−4 3−4}
_{4 ...}、オルトリン酸イオン、通常は単にリン酸と呼ばれる。元のリン酸分子上の3つの陽子の位置は同じであるにもかかわらず、共役塩基がより負に帯電している場合、陽子を失うことはエネルギー的に不利になるため、連続するK _{a値は異なります。三価酸の}有機的な例としてはクエン酸があり、これは3つの陽子を連続して失って最終的にクエン酸イオンを形成します。

その後の各水素イオンの損失は好ましくないものの、共役塩基はすべて溶液中に存在します。各種の分数濃度α (アルファ) は計算できます。たとえば、一般的な二価酸は、溶液中に 3 つの種 (H ₂ A、HA ⁻、A ^{2− ) を生成します。分数濃度は、pH ([H +} ] に変換可能) または酸とそのすべての共役塩基の濃度が与えられている場合、以下のように計算できます。

${\displaystyle {\begin{aligned}\alpha _{{\ce {H2A}}}&={\frac {{\ce {[H+]^2}}}{{\ce {[H+]^2} }+[{\ce {H+}}]K_{1}+K_{1}K_{2}}}={\frac {{\ce {[H2A]}}}{{\ce {{[H2A]}}}+[HA^{-}]+[A^{2-}]}}\\\alpha _{{\ce {HA^-}}}&={\frac {[ {\ce {H+}}]K_{1}}{{\ce {[H+]^2}}+[{\ce {H+}}]K_{1}+K_{1}K_{2}}} ={\frac {{\ce {[HA^-]}}}{{\ce {[H2A]}}+{[HA^{-}]}+{[A^{2-}]}}}\\\alpha _{{\ce {A^{2-}}}}&= {\frac {K_{1}K_{2}}{{\ce {[H+]^2}}+[{\ce {H+}}]K_{1}+K_{1}K_{2}}} ={\frac {{\ce {[A^{2-}]}}}{{\ce {{[H2A]}}}+{[HA^{-}]}+{[A^{2- }]}}}\end{aligned}}}$

K ₁およびK ₂が与えられた場合のこれらの分数濃度を pH に対してプロットしたものは、ビェルム プロットとして知られています。上記の式にはパターンが見られ、 i回脱プロトン化された一般的なn -プロトン酸に拡張できます。

${\displaystyle \alpha _{{\ce {H}}_{ni}A^{i-}}={{[{\ce {H+}}]^{ni}\displaystyle \prod _{j=0}^{i}K_{j}} \over {\displaystyle \sum _{i=0}^{n}{\Big [}[{\ce {H+}}]^{ni}\displaystyle \prod _{j=0}^{i}K_{j}}{\Big ]}}}$

ここで、K ₀ = 1 であり、他の K 項は酸の解離定数です。

中和は酸と塩基の反応であり、塩と中和された塩基を生成します。たとえば、塩酸と水酸化ナトリウムは塩化ナトリウムと水を 形成します。

HCl _(水溶液) + NaOH _(水溶液) → H ₂ O _(l) + NaCl _(水溶液)

中和は滴定の基礎であり、酸に等モル数の塩基が加えられたときにpH 指示薬が当量点を示します。中和すると pH 7.0 の溶液になるはずだと誤って想定されることがよくありますが、これは反応中に酸と塩基の強度が同程度の場合にのみ当てはまります。

酸より弱い塩基で中和すると、弱酸性の塩ができます。一例として、強酸の塩化水素と弱塩基のアンモニアから生成される弱酸性の塩化アンモニウムがあります。逆に、弱酸を強塩基で中和すると、弱塩基性の塩（例えば、フッ化水素と水酸化ナトリウムからのフッ化ナトリウム）が得られます。

プロトン化された酸がプロトンを失うには、システムの pH が酸のp K _{aより高くなければなりません。その塩基性溶液中の H} ^{+の濃度が下がると、平衡は共役塩基形態 (酸の脱プロトン形態) に移行します。pH が低い (酸性度が高い) 溶液では、溶液中の H +}濃度が十分に高いため、酸はプロトン化された形態のままになります。

弱酸とその共役塩基の塩の溶液は緩衝溶液を形成します。

水溶液中の酸の濃度を決定するには、酸塩基滴定が一般的に行われます。濃度がわかっている強塩基溶液（通常はNaOHまたはKOH）を加え、加えた塩基の量に応じて指示薬の色が変化し、酸溶液を中和します。^[13]塩基で滴定された酸の滴定曲線には2つの軸があり、x軸は塩基の体積、y軸は溶液のpH値です。溶液に塩基を加えると、溶液のpHは常に上昇します。

各二価酸滴定曲線には、左から右に2つの中間点、2つの当量点、および2つの緩衝領域があります。^[15]

連続的な解離プロセスのため、二価酸の滴定曲線には 2 つの当量点があります。^[16]最初の当量点は、最初のイオン化からのすべての最初の水素イオンが滴定されたときに発生します。^[17]言い換えると、追加された OH ^{−の量は、最初の当量点での元の H} ₂ Aの量に等しくなります。2 番目の当量点は、すべての水素イオンが滴定されたときに発生します。したがって、この時点で追加された OH ^{−の量は、H} ₂ Aの量の 2 倍に等しくなります。強塩基で滴定された弱い二価酸の場合、溶液中に生じた塩の加水分解により、2 番目の当量点は pH 7 を超えると発生する必要があります。^[17]どちらの当量点でも、塩基を 1 滴追加すると、システム内の pH 値が最も急激に上昇します。

二価酸の滴定曲線には、 pH = pK _aとなる2つの中点があります。2つの異なるK _a値があるため、最初の中点は pH = pK _a1で発生し、2番目の中点は pH = pK _a2で発生します。^[18]中心に中点を含む曲線の各セグメントは、緩衝領域と呼ばれます。緩衝領域は酸とその共役塩基で構成されているため、次の当量点までは塩基が追加されても pH の変化に耐えることができます。^[5]

酸は、現代産業のほぼすべてのプロセスを処理する上で基本的な試薬です。二価酸である硫酸は、産業で最も広く使用されている酸であり、世界で最も生産されている工業用化学物質でもあります。硫酸は主に肥料、洗剤、電池、染料の製造に使用され、不純物の除去など多くの製品の処理にも使用されます。^[19] 2011年の統計データによると、硫酸の年間生産量は世界で約2億トンでした。^[20]たとえば、リン酸鉱物は硫酸と反応してリン酸を生成し、リン酸肥料を生産します。亜鉛は、酸化亜鉛を硫酸に溶かし、溶液を精製して電解採取することで生成されます。

化学工業では、酸は中和反応で反応して塩を生成します。たとえば、硝酸はアンモニアと反応して肥料の硝酸アンモニウムを生成します。さらに、カルボン酸はアルコールとエステル化されてエステルを生成することができます。

酸は、酸洗いと呼ばれるプロセスで金属から錆やその他の腐食を取り除くためによく使用されます。自動車のバッテリーの硫酸のように、湿式電池の電解質として使用されることもあります。

酒石酸は、未熟なマンゴーやタマリンドなど、一般的に使用されている食品の重要な成分です。天然の果物や野菜にも酸が含まれています。クエン酸はオレンジ、レモン、その他の柑橘類に含まれています。シュウ酸はトマト、ほうれん草、特にゴレンシやルバーブに含まれています。ルバーブの葉や未熟なゴレンシは、シュウ酸の濃度が高いため有毒です。アスコルビン酸（ビタミン C）は人体に必須のビタミンで、アムラ（インドグーズベリー）、レモン、柑橘類、グアバなどの食品に含まれています。

多くの酸は、味を変えたり保存料として作用したりするため、さまざまな食品に添加物として含まれています。たとえば、リン酸はコーラ飲料の成分です。酢酸は酢として日常生活で使用されています。クエン酸はソースやピクルスの保存料として使用されています。

炭酸は、ソフトドリンクに広く添加されている最も一般的な酸添加物の一つです。製造工程では通常、炭酸を生成するためにCO2_を加圧してこれらの飲料に溶解させます。炭酸は非常に不安定で、常温常圧では水とCO2に分解する傾向があります_{。そのため、これらの種類のソフトドリンクのボトルや缶を開けると、炭酸の}泡が出てソフトドリンクが発泡します。^[21]

特定の酸は医薬品として使用されます。アセチルサリチル酸（アスピリン）は鎮痛剤や解熱剤として使用されます。

酸は人体で重要な役割を果たします。胃の中にある塩酸は、大きくて複雑な食物分子を分解して消化を助けます。アミノ酸は、体組織の成長と修復に必要なタンパク質の合成に必要です。脂肪酸も体組織の成長と修復に必要です。核酸は、DNA と RNA の製造と、遺伝子を通じて子孫に形質を伝えるのに重要です。炭酸は、体内の pH 平衡の維持に重要です。

人体には様々な有機化合物や無機化合物が含まれており、その中でもジカルボン酸は多くの生物学的行動において重要な役割を果たしています。それらの酸の多くはアミノ酸であり、主にタンパク質の合成の材料として機能します。^[22]他の弱酸は共役塩基とともに緩衝剤として機能し、体内のpHが細胞に有害な大規模な変化を起こさないようにします。^[23]残りのジカルボン酸も、人体におけるさまざまな生物学的に重要な化合物の合成に関与しています。

酸は工業化学や有機化学で触媒として使われています。例えば、硫酸はガソリンを製造するアルキル化プロセスで大量に使われています。硫酸、リン酸、塩酸などの酸は脱水反応や縮合反応にも影響を及ぼします。生化学では、多くの酵素が酸触媒を利用しています。^[24]

生物学的に重要な分子の多くは酸です。酸性リン酸基を含む核酸には、DNAとRNA が含まれます。核酸には生物の多くの特徴を決定する遺伝コードが含まれており、親から子へと受け継がれます。 DNA には、アミノ酸サブユニットで構成されるタンパク質を合成するための化学設計図が含まれています。細胞膜には、リン脂質などの脂肪酸エステルが含まれています。

α-アミノ酸は、カルボキシル基（したがってカルボン酸）と共有結合した中心炭素（αまたはアルファ炭素） 、アミノ基、水素原子および可変基を有する。可変基はR基または側鎖とも呼ばれ、特定のアミノ酸の同一性および多くの特性を決定する。最も単純なアミノ酸であるグリシンではR基は水素原子であるが、他のすべてのアミノ酸ではR基には水素に結合した1つ以上の炭素原子が含まれ、硫黄、酸素、窒素などの他の元素が含まれる場合がある。グリシンを除いて、天然アミノ酸はキラルであり、ほぼ常にL配置で存在する。一部の細菌細胞壁に含まれるペプチドグリカンには、いくつかのDアミノ酸が含まれる。生理学的pH（通常7前後）では、遊離アミノ酸は荷電した形で存在し、酸性カルボキシル基（-COOH）はプロトン（-COO ⁻）を失い、塩基性アミン基（-NH ₂）はプロトン（-NH⁺
₃）分子全体は正味の中性電荷を持ち、両性イオンです。ただし、塩基性または酸性の側鎖を持つアミノ酸は例外です。たとえば、アスパラギン酸は、1 つのプロトン化されたアミンと 2 つの脱プロトン化されたカルボキシル基を持ち、生理学的 pH では正味の電荷は -1 です。

脂肪酸と脂肪酸誘導体は、生物学において重要な役割を果たすカルボン酸の別のグループです。これらには長い炭化水素鎖と、一方の端にカルボン酸基が含まれています。ほぼすべての生物の細胞膜は、主にリン脂質二重層、つまり極性で親水性のリン酸「ヘッド」基を持つ疎水性脂肪酸エステルのミセルで構成されています。膜には追加の成分が含まれており、その一部は酸塩基反応に関与できます。

人間や他の多くの動物では、塩酸は胃の中で分泌される胃酸の一部であり、タンパク質や多糖類を加水分解するほか、不活性なプロ酵素ペプシノーゲンを酵素ペプシンに変換する働きをします。生物の中には防御のために酸を生成するものもいます。例えば、アリはギ酸を生成します。

酸塩基平衡は、哺乳類の呼吸を調節する上で重要な役割を果たしています。酸素ガス (O ₂ )は細胞呼吸を促進します。細胞呼吸とは、動物が食物に蓄えられた化学位置エネルギーを放出するプロセスで、副産物として二酸化炭素(CO _{2 ) を生成します。酸素と二酸化炭素は}肺で交換され、体は換気率を調整することで変化するエネルギー需要に反応します。たとえば、運動中は、体は蓄積された炭水化物と脂肪を急速に分解し、血流にCO _{2 を放出します。血液などの水溶液では、CO 2 は}炭酸および重炭酸イオン と平衡状態で存在します。

CO ₂ + H ₂ O ⇌ H ₂ CO ₃ ⇌ H ⁺ + HCO−3

pH 値の低下により、脳はより速く、より深く呼吸するように信号を送り、余分な CO2 を排出し_て細胞に O2 を補給し_ます。

細胞膜は、その内部が親油性の脂肪族アシル鎖で構成されていることから、一般に荷電分子や大きな極性分子を透過できない。多くの生物学的に重要な分子（多くの医薬品を含む）は有機弱酸であり、プロトン化された非荷電形態では膜を通過できるが、荷電形態（すなわち共役塩基として）では通過できない。このため、多くの薬剤の作用は、制酸剤や酸性食品の使用によって増強または阻害される可能性がある。しかし、荷電形態は、水性環境である血液や細胞質に溶けやすいことが多い。細胞外環境が細胞内の中性 pH よりも酸性度が高い場合、特定の酸は中性形態で存在し、膜に溶けるため、リン脂質二重層を通過できる。細胞内 pHでプロトンを失う酸は、可溶性の荷電形態で存在するため、細胞質を通って標的まで拡散できる。イブプロフェン、アスピリン、ペニシリンは、弱酸である薬剤の例である。

• ハロゲン化水素とその溶液：フッ化水素酸（HF）、塩酸（HCl）、臭化水素酸（HBr）、ヨウ化水素酸（HI）
• ハロゲンオキソ酸：次亜塩素酸（HClO）、亜塩素酸（HClO ₂）、塩素酸（HClO ₃）、過塩素酸（HClO ₄）、および臭素とヨウ素の類似体
  • 次亜フッ素酸(HFO) は、フッ素の唯一の既知のオキソ酸です。
• 硫酸（H ₂ SO ₄）
• フルオロ硫酸（HSO ₃ F）
• 硝酸（HNO ₃）
• リン酸（H ₃ PO ₄）
• フルオロアンチモン酸(HSbF ₆ )
• フッ化ホウ酸(HBF ₄ )
• ヘキサフルオロリン酸（HPF ₆）
• クロム酸(H ₂ CrO ₄ )
• ホウ酸(H ₃ BO ₃ )

スルホン酸の一般式はRS(=O) ₂ –OHで、Rは有機基です。

• メタンスルホン酸（またはメシル酸、CH ₃ SO ₃ H）
• エタンスルホン酸（またはエシル酸、CH ₃ CH ₂ SO ₃ H）
• ベンゼンスルホン酸（またはベシル酸、C ₆ H ₅ SO ₃ H）
• p-トルエンスルホン酸（またはトシル酸、CH ₃ C ₆ H ₄ SO ₃ H）
• トリフルオロメタンスルホン酸（またはトリフルオロメタンスルホン酸、CF ₃ SO ₃ H）
• ポリスチレンスルホン酸（スルホン化ポリスチレン、[CH ₂ CH(C ₆ H ₄ )SO ₃ H] _n）

カルボン酸の一般式は RC(O)OH で、R は有機基です。カルボキシル基 -C(O)OH には、カルボニル基 C=O とヒドロキシル基 OH が含まれています。

• 酢酸（CH ₃ COOH）
• クエン酸（C ₆ H ₈ O ₇）
• ギ酸（HCOOH）
• グルコン酸HOCH ₂ -(CHOH) ₄ -COOH
• 乳酸（CH ₃ -CHOH-COOH）
• シュウ酸(HOOC-COOH)
• 酒石酸(HOOC-CHOH-CHOH-COOH)

アルファ位のハロゲン化により酸の強度が増すため、以下の酸はすべて酢酸よりも強くなります。

• フルオロ酢酸
• トリフルオロ酢酸
• クロロ酢酸
• ジクロロ酢酸
• トリクロロ酢酸

通常のカルボン酸は、カルボニル基とヒドロキシル基が直接結合したものです。ビニルカルボン酸では、炭素-炭素二重結合がカルボニル基とヒドロキシル基を分離しています。

• アスコルビン酸

• デオキシリボ核酸（DNA）
• リボ核酸(RNA)

• 一般的な酸と塩基の強度の一覧
• ズムダール、スティーブン S. (1997)。化学（第 4 版）。ボストン: ホートン ミフリン。ISBN 9780669417944。
• Pavia, DL; Lampman, GM; Kriz, GS (2004).有機化学 第1巻. オハイオ州メイソン: Cengage Learning. ISBN 0759347271。

• Curtipot: 酸塩基平衡図、pH計算、滴定曲線のシミュレーションと分析 –フリーウェア