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La característica definitoria de un ácido es el comportamiento de sus átomos de hidrógeno cuando se disuelven en agua. Un ácido fuerte libera la mayoría, si no todos, de sus átomos de hidrógeno como protones libres, que se unen inmediatamente a las moléculas de agua para formar iones hidronio (H₃O⁺). La parte restante de la molécula de ácido se convierte en la base conjugada, que lleva una carga negativa. El grado en que se produce esta disociación determina la fuerza del ácido.
Los ácidos fuertes se ionizan completamente, produciendo iones hidronio y dejando la base conjugada como un ión negativo. Los ácidos débiles permanecen en gran medida sin disociar y sólo una pequeña fracción libera protones. El equilibrio entre estas especies confiere a los ácidos su comportamiento característico.
Los ácidos fuertes que se encuentran con mayor frecuencia son el ácido clorhídrico (HCl) y el ácido sulfúrico (H₂SO₄). En el ácido clorhídrico, el enlace H-Cl es tan débil que cada átomo de hidrógeno se desprende cuando el ácido se disuelve. El protón liberado se convierte en un ion hidronio, mientras que el ion cloruro lleva una carga –1.
En el ácido sulfúrico, ambos átomos de hidrógeno están igualmente unidos débilmente. Tras la disolución, los dos protones forman dos iones hidronio y la unidad SO₄²⁻ restante lleva una carga de –2. Debido a esta completa disociación, ambos ácidos son muy eficaces para protonar otras sustancias.
Las bases fuertes se comportan de manera opuesta:liberan iones hidróxido (OH⁻) en lugar de protones. El hidróxido de sodio (NaOH) y el hidróxido de calcio (Ca(OH)₂) son ejemplos clásicos. Cada molécula se divide completamente en agua, dando una alta concentración de OH⁻ que imparte carácter básico a la solución.
Cuando un ácido fuerte y una base fuerte se encuentran, sus iones se emparejan por completo. El H⁺ del ácido se combina con el OH⁻ de la base para formar agua, mientras que los iones restantes se ensamblan en una sal neutra. Por ejemplo, agregar NaOH a HCl produce agua y cloruro de sodio (NaCl), una sal neutra y estable. La integridad de la ionización permite que estas reacciones se completen en condiciones normales.
