โยฮันเนส นิโคลัส เบรินสเตด (Johannes Nicolaus Brønsted) และ ทอมัส มาร์ติน ลาวรี (Thomas Martin Lowry) นักเคมีสองคนได้ให้คำจำกัดความของกรด-เบสใหม่ ในปี พ.ศ. 2466 โดยเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนโปรตอน (Proton Transferring) โดยเป็นทฤษฎีที่ครอบคลุมและอธิบายสมบัติของกรด-เบสได้ดีกว่าทฤษฎีของอาร์รีเนียส โดยกล่าวว่า "กรด (AH) หมายถึง สารที่ให้โปรตอน (Proton Donor) แก่เบส " และ "เบส (B) หมายถึงสารที่รับโปรตอน (Proton Acceptor) จากกรด" ดังสมการ:

โยฮันเนส นิโคลัส เบรินสเตด (Johannes Nicolaus Brønsted) โทมัส มาร์ติน ลาวรี (Thomas Martin Lowry)

AH + B ⇌ A− + BH+

พิจารณาการแตกตัวในน้ำของกรดอะซิติก (CH3COOH) ดังสมการ:

CH3COOH (aq)) + H2O (l) ⇌ CH3COO− (aq)) + H3O+ (aq)

ในสมการทิศทางไปข้างหน้า น้ำทำหน้าที่เป็น เบสเบรินสเตด (Brønsted Base) เนื่องจากรับโปรตอน (H+) มาจากกรดอะซิติก และกรดอะซิติกทำหน้าที่เป็น กรดเบรินสเตด (Brønsted Acid) และเมื่อพิจารณาสมการย้อนกลับ อะซิเตตไอออน (CH3COO−) ทำหน้าที่เป็นเบสเบรินสเตด เนื่องจากรับโปรตอน (H+) มาจากไฮโดรเนียมไอออน (H3O+) ที่เป็นกรดเบรินเสตด(เนื่องจากให้โปรตอนแก่อะซิเตดไอออน)

จากตัวอย่างข้างต้น ทำให้เกิด คู่กรด-เบสสังยุค (conjugate acid–base pair) ขึ้น โดย กรดอะซิติก (CH3COOH) เป็นคู่กรด (conjugate acid) ของอะซิเตตไอออน (CH3COO−) และอะซิเตตไอออน (CH3COO−) เป็นคู่เบส (conjugate base) ของกรดอะซิติก และในทำนองเดียวกัน น้ำ (H2O ) เป็นคู่เบสของไฮโดรเนียมไอออน (H3O+)

ตัวอย่างปฏิกิริยากรดเบสของเบรินสเตด

• H3O+ + NH3 ⇌ H2O + NH4+
• [Fe(H2O)6]3+ + H2O ⇌ [Fe(H2O)5OH]2+ + H3O+
• H2SO4 + H2O ⇌ HSO4− + H3O+
• CH3COOH + NH3 → NH4+ + CH3COO−
• NH4+ + H2O ⇌ H3O+ + NH3

ดังที่กล่าวข้างต้น นิยามกรด-เบสตามทฤษฎีของเบรินสเตด ยังสามารถอธิบายปฏิกิริยากรด-เบสที่ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีของอาร์รีเนียส เช่น:

• H3O+(aq) + Cl−(aq) + NH3 (g) → Cl−(aq) + NH4+(aq)
• HCl(benzene) + NH3(benzene) → NH4Cl(s)
• HCl(g) + NH3(g) → NH4Cl(s)

สารแอมโฟเทอริก

สารประกอบที่ทำหน้าที่ได้ทั้งกรดเบรินสเตดและเบสเบรินสเตด เรียกว่าเป็น แอมโฟเทอริก (Amphoteric) โดยน้ำเป็นตัวอย่างของสารแอมโฟเทอริก ดังสมการ:

• AH + B ⇌ A− + BH+

• HNO3 + H2O ⇌ NO3− + H3O+

(น้ำทำหน้าที่เป็นเบส)

• H2O + NH=C(NH2)2 ⇌ OH− + H2N=C(NH2)2+

(น้ำทำหน้าที่เป็นกรด)

ปฏิกิริยาสะเทินกรดเบสของเบรินสเตด

ปฏิกิริยาสะเทินกรดเบสของเบรินสเตดหมายถึงปฏิกิริยาระหว่างคู่กรดและคู่เบสของโมเลกุลหนึ่งๆ เช่น:

• H+ + OH− ⇌ H2O
• NH4+ + NH2− ⇌ 2NH3
• H3SO4++HSO4−⇌ H2SO4

กระบวนการแตกตัวเป็นไอออนด้วยตัวเอง

กระบวนการแตกตัวเป็นไอออนด้วยตัวเอง (Autoionization Process) ที่พบเป็นปกติในตัวทำละลายโปรติก (protic solvent) คือ ปฏิกิริยาย้อนกลับของปฏิกิริยาสะเทินนั่นเอง

• H2O ⇌ H+ + OH−
• 2NH3 ⇌ NH4+ + NH2−
• H2SO4 ⇌ H3SO4++HSO4−

อนึ่ง ค่าคงที่สมดุลของการแตกตัวเป็นไอออนด้วยตัวเอง เรียกว่า ค่าคงที่การแตกตัวให้โปรตอนด้วยตัวเอง (Autoprotolysis Constant: KAP) หรือ ผลคูณไอออน (Ionic Product) ในกรณีของน้ำค่า KAP ใช้สัญลักษณ์เฉพาะเป็น KW ซึ่งมีค่าเท่ากับ 1.0 × 10−14 ที่อุณหภูมิ 25℃:KAP = KW = [H+][OH−] = 1.0 × 10−14 ที่อุณหภูมิ 25℃

ค่า pKAP ของ H2SO4 เท่ากับ 2.9 ที่อุณหภูมิ 25℃ และ pKAP ของ NH3 เท่ากับ 27.7 ที่อุณหภูมิ −50℃ และโดยทั่วไปแล้ว ค่า pKAP จะมีค่าเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ

ค่า pKw ของน้ำที่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ

อุณหภูมิ (℃)	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50
pKw	14.943	14.734	14.535	14.346	14.167	13.997	13.830	13.680	13.535	13.396	13.262

[หมายเหตุ: ค่า pKAP = −logKAP กรณี pKW = −log (1.0 × 10−14) = 14.0 ที่อุณหภูมิ 25℃]

ความแรงสัมพัทธ์ของกรดเบรินสเตด

ความแรงของกรดเบรินสเตดสามารถเปรียบเทียบโดยใช้ ค่าคงที่การแตกตัวของกรด (Acid Dissociation Constant: Ka) โดยที่:

HA ⇌ A− + H+

K a = [ A − ] [ H + ] [ H A ] {\displaystyle K_{\mathrm {a} }=\mathrm {\frac {[A^{-}][H^{+}]}{[HA]}} }   p K a = − log 10 ⁡ K a {\displaystyle \ pK_{\mathrm {a} }=-\log _{10}K_{\mathrm {a} }}

อย่างไรก็ตาม ค่าคงที่การแตกตัวของกรดเป็นค่าคงที่ที่เป็นค่าเฉพาะ ณ อุณหภูมิหนึ่งๆ และมีค่าเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ รวมถึงขึ้นอยู่กับชนิดองตัวทำละลายด้วย ดังตารางเป็นตัวอย่างของค่า pKa ของกรดบางชนิดในตัวทำละลายชนิดต่างๆ ที่อุณหภูมิ 25℃

pKa ของกรด (HA) และคู่กรด (conjugate acid, HB) ของเบส (B)

HA ⇌ A− + H+	อะซิโตไนไตล์ (MeCN)	ไดเมทิลซัลฟอกไซด์ (DMSO)	น้ำ
กรด พารา-โทลูอีนซัลโฟนิก	8.5	0.9	เป็นกรดแก่มาก
2,4-ไดไนโตรฟีนอล	16.66	5.1	3.9
กรดเบนโซอิก	21.51	11.1	4.2
กรดอะซิติก	23.51	12.6	4.756
ฟีนอล	29.14	18.0	9.99
BH+ ⇌ B + H+
พีโรลิดีน	19.56	10.8	11.4
ไตรเอทิลามีน	18.82	9.0	10.72
พีริดีน	12.53	3.4	5.2
อะนิลีน	10.62	3.6	4.6

อย่างไรก็ตาม ในปฏิกิริยาที่สารไม่มีโปรตอนหรือไม่มีการถ่ายโอนโปรตอน ทฤษฎีกรด-เบสของเบรินสเตด-ลาวรีไม่สามารถอธิบายได้ เช่น ปฏิกิริยาระหว่าง BF3กับ Me3N: เป็นต้น จึงมีการนิยามกรด-เบสขึ้นมาใหม่ในปีเดียวกันโดย ลิวอิส