นักวิทยาศาสตร์หลายท่าน เช่น อาร์เรเนียส เบรินสเตด-ลาวรี ลิวอิส ได้ศึกษาเกี่ยวกับกรดและเบส และตั้งเป็นทฤษฎีกรด-เบสขึ้นมาเพื่ออธิบายลักษณะและสมบัติของกรดและเบส โดยทฤษฎีกรด-เบสของนักวิทยาศาสตร์แต่ละท่าน สามารถสรุปได้ดังนี้

1. ทฤษฎีกรด-เบสอาร์เรเนียส

สวันเต เอากุสต์ อาร์เรเนียส (Svante August Arrhenius) นักเคมีชาวสวีเดิน ได้ศึกษาสมบัติและสูตรโมเลกุลของสารที่แสดงสมบัติเป็นกรดและเบสจำนวนมาก และตั้งเป็นทฤษฎีกรด-เบสอาร์เรเนียส

นิยามของทฤษฎีกรด-เบสอาร์เรเนียส

- กรด คือ สารที่ละลายน้ำแล้วแตกตัวให้ไฮโดรเจนไอออน (H+)

                               H2O
  HI (aq) ------> H+ (aq)  +  I- (aq)

- เบส คือ สารที่ละลายน้ำแล้วแตกตัวให้ไฮดรอกไซด์ไอออน (OH-)

H2O
  KOH (s) --------> K+ (aq)  +  OH- (aq)

นิยามของอาร์เรเนียสมีข้อจำกัด คือ ไม่สามารถอธิบายสารที่ไม่ละลายน้ำ หรือละลายในตัวทำละลายอื่นได้ และไม่สามารถใช้อธิบายความเป็นกรดหรือเบสของสารที่ในโมเลกุลไม่มี H+ หรือ OH- แต่แสดงสมบัติกรดหรือเบสได้

2. ทฤษฎีกรด-เบสเบริดสเตด-ลาวรี

โยฮัสเนส นิโคเลาส์ เบรินสเตด (Johannes Bronsted) นักเคมีชาวเดนมาร์ก และทอมัส ลาวรี (Thomas Martin Lowry) นักเคมีชาวอังกฤษ ได้ร่วมกันเสนอทฤษฎีกรด-เบสเบรินสเตด-ลาวรี

นิยามของทฤษฎีกรด-เบสเบรินสเตด-ลาวรี

- กรด คือ สารที่สามารถให้โปรตอน (H+) แก่สารอื่น
- เบส คือ สารที่สามารถรับโปรตอน (H+) จากสารอื่น

นิยามของเบรินสเตด-ลาวรีสามารถอธิบายความเป็นกรดหรือเบสของสารที่ในโมเลกุลไม่มี H+ หรือ OH- แต่แสดงสมบัติเป็นกรดหรือเบสได้ เช่น

NH4Cl เมื่อละลายน้ำจะแตกตัวเป็นไอออน และเกิดการเปลี่ยนแปลง ดังสมการ

              H2O
 NH4Cl (s) -------->  NH4+ (aq)  +  Cl- (aq)

NH4+ (aq)  +  H2O (l)  ⇌    H3O+ (aq)  +  NH3 (aq)
   กรด            เบส

NH4+ ให้ H+ กับ H2O ดังนั้น NH4+ จึงทำหน้าที่เป็นกรด ในขณะที่ H2O รับ H+ จาก NH4+ ดังนั้น H2O จึงทำหน้าที่เป็นเบส และในสารละลาย H3O+ เกิดขึ้น สารละลาย NH4Cl จึงมีสมบัติเป็นกรด

CH3COONa เมื่อละลายน้กจะแตกตัวเป็นไอออน และเกิดการเปลี่ยนแปลง ดังสมการ

                     H2O
 CH3COONa (s) ---------> CH3COO- (aq)  +  Na+ (aq)

CH3COO- (aq)  +  H2O (l)      ⇌    CH3COOH (aq)  +  OH- (aq)
       เบส              กรด

H2O ให้ H+ กับ CH3COO- ดังนั้น H2O จึงทำหน้าที่เป็นกรด ในขณะที่ CH3COO- รับ H+ จาก H2O ดังนั้น CH3COO- จึงทำหน้าที่เป็นเบส และในสารละลายมี OH- เกิดขึ้น สารละลาย CH3COONa จึงมีสมบัติเป็นเบส

3. ทฤษฎีกรด-เบสลิวอิส

กิลเบิร์ต นิวตัน ลิวอิส (Gilbert Newton Lewis) นักเคมีชาวอเมริกัน ได้ศึกษาและพบว่า สารบางตัว เช่น BF3 สามารถทำหน้าที่เป็นกรดได้ ทั้งที่ไม่มีโปรตอนอยู่ในโมเลกุล ซึ่งไม่สามารถอธิบายได้โดยทฤษฎีกรด-เบสเบรินสเตด-ลาวรี ดังนั้น ลิวอิสจึงนิยามความเป็นกรด-เบสโดยอาศัยการรับและการให้คู่อิเล็กตรอน และเสนอเป็นทฤษฎีกรด-เบสลิวอิส

นิยามของทฤษฎีกรด-เบสลิวอิส

- กรด คือ สารที่สามารถรับอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวจากสารอื่น

- เบส คือ สารที่สามารถให้อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวกับสารอื่น

ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาระหว่างโบรอนไตรฟลูออไรด์ (BF3) กับแอมโมเนีย (NH3) 

- NH3 ให้อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวกับ BF3 ดังนั้น NH3 จึงเป็นเบส

- BF3 รับอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวจาก NH3 ดังนั้น BF3 จึงเป็นกรด

จะเห็นว่าทฤษฎีกรด-เบสลิวอิสสามารถอธิบายสมบัติความเป็นกรด-เบสของสารได้ทุกชนิด เนื่องจากสารทุกชนิดมีอิเล็กตรอน จึงสามารถระบุได้ว่า เมื่อสารทำปฏิกิริยากัน สารใดให้และสารใดรับอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว ทฤษฎีนี้จึงอธิบายความเป็นกรด-เบสได้กว้างขวางกว่าทฤษฎีอื่น

ปิตุพร พิมพาเพชร