Kyselina (často zastoupená obecným vzorcem HA) je tradičně považována za jakoukoli chemickou sloučeninu, která po rozpuštění ve vodě dává roztok s pH nižším než 7,0. To se přibližuje moderní definici Brønsteda a Lowryho, kteří definovali kyselinu jako sloučeninu, která daruje vodíkový iont (H+) jiné sloučenině (zvané báze). Běžným příkladem je kyselina octová (v octě)
Systémy kyselina/báze se od redoxních reakcí liší tím, že nedochází ke změně oxidačního stavu.
Slovo „kyselina“ pochází z latinského acidus, což znamená „kyselý“, ale v chemii má termín kyselina konkrétnější význam. Existují tři běžné způsoby, jak definovat kyselinu:
Ačkoli nejde o nejobecnější teorii, nejrozšířenější definicí je Brønsted-Lowryho definice. Sílu kyseliny lze podle této definice chápat jako stabilitu hydronia a solvatované konjugované báze při disociaci. Zvýšení stability konjugované báze zvýší kyselost sloučeniny. Tento pojem kyselosti se často používá u organických kyselin, jako je kyselina karboxylová. Popis molekulových orbitalů, kde se nevyplněný protonový orbital překrývá s volným párem, souvisí s Lewisovou definicí.
Silné kyseliny a většina koncentrovaných kyselin jsou nebezpečné a způsobují těžké popáleniny i při malém kontaktu. Obecně se popáleniny od kyselin ošetřují hojným opláchnutím postižené oblasti tekoucí vodou (15 minut) a následným okamžitým lékařským ošetřením. V případě vysoce koncentrovaných kyselin je třeba nejprve kyselinu co nejvíce setřít, jinak by reakce kyseliny rozpuštěné ve vodě mohla způsobit vážné tepelné popáleniny. Kromě nebezpečí plynoucího z kyselosti mohou být nebezpečné i zředěné roztoky slabých kyselin, a to kvůli toxickým nebo jiným účinkům zapojených iontů. Konkrétnější informace naleznete v příslušném MSDS.
Kyseliny jsou pojmenovány podle svých aniontů. Tato iontová přípona je vypuštěna a nahrazena novou příponou (a někdy i předponou), podle níže uvedené tabulky. Například HCl má jako svůj anion chlorid, takže přípona -id ji činí ve formě kyseliny chlorovodíkové.
Ve vodě dochází k následující rovnováze mezi slabou kyselinou (HA) a vodou, která působí jako báze:
HA(aq) + H2O ⇌ H3O+(aq) + A-(aq)
Kyselostní konstanta (nebo kyselinová disociační konstanta) je rovnovážná konstanta pro reakci HA s vodou:
Silné kyseliny mají velké hodnoty Ka (tj. reakční rovnováha leží daleko vpravo; kyselina je téměř úplně disociována na H3O+ a A-). Mezi silné kyseliny patří těžší hydrohalové kyseliny: kyselina chlorovodíková (HCl), kyselina bromová (HBr) a kyselina jodovodíková (HI). (Avšak kyselina fluorovodíková, HF, je relativně slabá.) Například hodnota Ka pro kyselinu chlorovodíkovou (HCl) je 107.
Slabé kyseliny mají malé hodnoty Ka (tj. při rovnováze existuje v roztoku společně významné množství HA a A− jsou přítomny mírné hladiny H3O+; kyselina je disociována pouze částečně). Například hodnota Ka pro kyselinu octovou je 1,8 x 10-5. Většina organických kyselin jsou slabé kyseliny. Oxokyseliny, které mají tendenci obsahovat centrální atomy ve vysokých oxidačních stavech obklopené kyslíkem, mohou být poměrně silné nebo slabé. Kyselina dusičná, kyselina sírová a kyselina chloristá jsou všechny silné kyseliny, zatímco kyselina dusná, kyselina sírová a kyselina chlornanová jsou všechny slabé.
Polyprotické kyseliny jsou schopny darovat více než jeden proton na molekulu kyseliny, na rozdíl od monoprotických kyselin, které darují pouze jeden proton na molekulu. Specifické typy polyprotických kyselin mají konkrétnější názvy, jako je kyselina diprotová (dva potenciální protony k darování) a kyselina triprotická (tři potenciální protony k darování).
Kyselina monoprotická může podstoupit jednu disociaci (někdy nazývanou ionizace) následovně a má jednoduše jednu disociační konstantu kyseliny, jak je uvedeno výše:
Diprotická kyselina (zde symbolizovaná H2A) může projít jednou nebo dvěma disociacemi v závislosti na pH. Každá disociace má svou vlastní disociační konstantu Ka1 a Ka2.
První disociační konstanta je obvykle větší než druhá, tj. Ka1 > Ka2 . Například kyselina sírová (H2SO4) může darovat jeden proton za vzniku bisulfátového aniontu (HSO4−), pro který je Ka1 velmi velký; pak může darovat druhý proton za vzniku sulfátového aniontu (SO42−), kde je Ka2 mezipevností. Velký Ka1 za první disociaci dělá ze síry silnou kyselinu. Podobným způsobem může slabá nestabilní kyselina uhličitá (H2CO3) ztratit jeden proton za vzniku hydrogenuhličitanového aniontu (HCO3−) a ztratit druhý za vzniku uhličitanového aniontu (CO32−). Obě hodnoty Ka jsou malé, ale Ka1 > Ka2 .
Kyselina triprotická (H3A) může projít jednou, dvěma nebo třemi disociacemi a má tři disociační konstanty, kde Ka1 > Ka2 > Ka3 .
Anorganickým příkladem kyseliny triprotické je kyselina orthofosforečná (H3PO4), obvykle jen nazývaná kyselina fosforečná. Všechny tři protony se mohou postupně ztratit za vzniku H2PO4−, pak HPO42−, a nakonec PO43− , iontu orthofosfátu, obvykle jen nazývaného fosfát. Organickým příkladem kyseliny triprotické je kyselina citronová, která může postupně ztratit tři protony, aby nakonec vytvořila citrátový iont. I když pozice protonů na původní molekule mohou být rovnocenné, následné hodnoty Ka se budou lišit, protože je energeticky méně příznivé ztratit proton, pokud je konjugovaná báze více negativně nabitá.
Neutralizace je reakce mezi kyselinou a zásadou za vzniku soli a vody; například kyselina chlorovodíková a hydroxid sodný tvoří chlorid sodný a vodu:
Neutralizace je základem titrace, kdy ukazatel pH ukazuje bod ekvivalence, pokud byl do kyseliny přidán odpovídající počet molů báze.
Slabá kyselost/slabá rovnováha bází
Aby došlo ke ztrátě protonu, je nutné, aby pH systému stouplo nad pKa protonované kyseliny. Snížená koncentrace H+ v tomto základním roztoku posouvá rovnováhu směrem ke konjugované formě báze (deprotonované formě kyseliny). Při nižších pH (kyselejších) roztocích je v roztoku dostatečně vysoká koncentrace H+, aby kyselina zůstala ve své protonované formě, nebo aby se protonovala její konjugovaná báze (deprotonovaná forma).
Roztoky slabých kyselin a solí jejich konjugovaných bází tvoří pufrové roztoky.
Kyseliny mají četné využití. Kyseliny se často používají k odstranění rzi a jiné koroze z kovů v procesu známém jako moření. Mohou být použity jako elektrolyt v mokré baterii, například kyselina sírová v autobaterii. U lidí a mnoha dalších zvířat je kyselina chlorovodíková součástí žaludeční kyseliny, která se vylučuje v žaludku a pomáhá hydrolyzovat bílkoviny a polysacharidy, stejně jako přeměňuje neaktivní pro-enzym, pepsinogen na enzym, pepsin.