Kyselost
Nejdůležitější vlastností karboxylových kyselin, která stojí za jejich pojmenováním, je jejich kyselost. Kyselina je každá sloučenina, která daruje vodíkový ion, H+ (nazývaný také proton), jiné sloučenině, označované jako zásada. Karboxylové kyseliny to dělají mnohem snadněji než většina ostatních tříd organických sloučenin, proto se o nich říká, že jsou silnějšími kyselinami, i když jsou mnohem slabší než nejdůležitější minerální kyseliny – kyselina sírová (H2SO4), dusičná (HNO3) a chlorovodíková (HCl). Důvod zvýšené kyselosti této skupiny sloučenin lze nejlépe demonstrovat srovnáním jejich kyselosti s kyselostí alkoholů, které obsahují skupinu -OH. Alkoholy jsou ve vodném roztoku neutrální sloučeniny. Když alkohol daruje svůj proton, stane se záporným iontem, který se nazývá alkoxidový iont, RO-. Když karboxylová kyselina daruje svůj proton, stane se záporně nabitým iontem, RCOO-, nazývaným karboxylátový ion.
Karboxylátový ion je mnohem stabilnější než odpovídající alkoxidový ion, protože pro karboxylátový ion existují rezonanční struktury, které rozptylují jeho záporný náboj. Pro alkoxidový ion lze nakreslit pouze jednu strukturu, ale pro karboxylátový ion lze nakreslit dvě struktury. Pokud lze pro molekulu nebo ion nakreslit dvě nebo více struktur, které se liší pouze polohou valenčních elektronů, znamená to, že jeho valenční elektrony jsou delokalizované nebo rozložené na více než dva atomy. Tento jev se nazývá rezonance a struktury se nazývají rezonanční formy. Oboustranná šipka se používá k znázornění toho, že dvě nebo více struktur jsou spojeny rezonancí. Protože existují dvě rezonanční formy, ale pouze jeden skutečný ion, vyplývá z toho, že ani jedna z těchto forem není přesnou reprezentací skutečného iontu. Skutečná struktura zahrnuje aspekty obou rezonančních struktur, ale žádnou z nich neduplikuje. Rezonance vždy stabilizuje molekulu nebo ion, i když se nejedná o náboj. Stabilita aniontu určuje sílu jeho mateřské kyseliny. Karboxylová kyselina je tedy mnohem silnější kyselinou než odpovídající alkohol, protože když ztratí svůj proton, vznikne stabilnější iont.
Některé atomy nebo skupiny, pokud jsou připojeny k uhlíku, odebírají elektrony ve srovnání s atomem vodíku ve stejné poloze. Vezměme si například kyselinu chloroctovou (Cl-CH2COOH) ve srovnání s kyselinou octovou (H-CH2COOH). Protože chlor má vyšší elektronegativitu než vodík, elektrony ve vazbě Cl-C jsou odtahovány dále od uhlíku než elektrony v odpovídající vazbě H-C. Chlor je tedy považován za skupinu, která odebírá elektrony. Jedná se o jeden z příkladů tzv. indukčního efektu, kdy substituent ovlivňuje rozložení elektronů ve sloučenině. Takových efektů existuje celá řada a atomy nebo skupiny mohou být ve srovnání s vodíkem elektronově odtahující nebo elektronově donující. Přítomnost takových skupin v blízkosti skupiny COOH karboxylové kyseliny má často vliv na kyselost. Obecně platí, že elektron-odtahující skupiny zvyšují kyselost tím, že zvyšují stabilitu karboxylátového iontu. Naopak elektron-donující skupiny snižují kyselost destabilizací karboxylátového iontu. Například methylová skupina, -CH3, je obecně považována za elektron-donující a kyselina octová, CH3 COOH, je jako kyselina asi desetkrát slabší než kyselina mravenčí, HCOOH. Podobně kyselina chloroctová, ClCH2 COOH, v níž silně elektronově odtahující chlor nahrazuje atom vodíku, je jako kyselina asi 100krát silnější než kyselina octová a kyselina nitrooctová, NO2CH2 COOH, je ještě silnější. (Ještě větší účinek má kyselina trichloroctová, Cl3CCOOH, jejíž kyselost je přibližně stejná jako kyselost kyseliny chlorovodíkové.