Was ist eine Lewis -Säure?
Der Begriff Lewis Säure ist nach dem amerikanischen Chemiker Gilbert N. Lewis benannt.Frühe Chemiker erkannten eine Säure als Substanz mit einem sauren Geschmack, der mit einigen Metallen reagiert und Basen oder Alkalien neutralisiert und ein Salz produziert.Seit dem späten 19. Jahrhundert wurden jedoch Versuche unternommen, Säuren und Basen strenger zu definieren, und eine, die erklärt, was tatsächlich in einer Säure-Basis-Reaktion passiert.Lewis ist die breiteste Definition.
1883 definierte der schwedische Chemiker Svante Arrhenius eine Säure als eine Substanz, die Wasserstoffionen (H +) in wässriger Lösung und eine Base als Substanz bildet, die Hydroxid bildet (OH - ) Ionen.Die H + Ionen mdash;die einfach Protonen mdash;sind zu reaktiv, um in einer wässrigen Lösung zu existieren, und assoziieren mit Wassermolekülen, um Hydronium (H 3 O +) -Ionen zu bilden.Die Definition von Arrhenius erwies sich als sehr nützlich und deckt die meisten Verbindungen ab, die üblicherweise als Säuren angesehen werden.Beispielsweise liefert Salzsäure, eine Lösung des Gaswasserstoffchlorids in Wasser, H + -Ionen, die Hydroniumionen in Lösung bilden: HCl + H 2 O rarr;H 3 O + + cl
-.Diese Definition blieb bis weit in das 20. Jahrhundert der Standard und wird bis heute häufig verwendet. Ein definierendes Merkmal aller Säuren ist, dass sie Basen neutralisieren, um Salze zu produzieren.Beispiel;Na + Cl - + H 2 o.Hier haben die von der Salzsäure bereitgestellten H + -Ionen mit den von dem Natriumhydroxid bereitgestellten OH - -Ionen kombiniertentspricht der Theorie von Arrhenius;Es können jedoch ähnliche Reaktionen zwischen Verbindungen auftreten, die nicht den Arrhenius -Definitionen von Säuren und Basen passen.Beispielsweise kann gasförmiges Wasserstoffchlorid mit gasförmiger Ammoniak reagieren, um das Salzammoniumchlorid zu bilden: HCl + NH 3 Rarr;NH 4 + Cl -.Zwei Verbindungen haben sich zu einem Salz kombiniert, aber da sie nicht in Lösung sind, gibt es keine H + oder OH - -Ionen vorhanden, sodass die Reaktanten nicht als Säure und Basis nach Arrhenius qualifizieren. 1923 zwei Chemiker Mdash;Johaness Bronsted und Thomas Lowry Mdash;Unabhängig voneinander eine neue Definition.Sie schlugen vor, dass eine Säure ein Protonenspender und eine Basis ein Protonenakzeptor war.In einer Säure-Base-Reaktion liefert die Säure der Base ein Proton oder H + -Ion;Es muss jedoch kein Reaktant in Lösung sein, wobei H + oder OH - -Ionen tatsächlich vor der Reaktion vorhanden sind.Diese Definition umfasst alle Arrhenius-Säuren und -basen, erklärt aber auch die Kombination von gasförmigem Wasserstoffchlorid und Ammoniak als Säure-Basis) Ion, das eine ionische Verbindung mit dem Cl - Ion bildet. Der amerikanische Chemiker Gilbert N. Lewis schlug 1923 ebenfalls ein erweitertes Konzept von Säuren und Basen als Elektronenpaarakzeptoren bzw. Spender vor.Durch diese Definition beinhaltet eine Säure-Base-Reaktion die Reaktanten, die eine Koordinatbindung bilden.eine kovalente Bindung, bei der beide gemeinsam genutzten Elektronen aus demselben Atom mdash stammen;mit den Elektronen von der Basis.In der oben beschriebenen HCl-NaOHist eine Verbindung mit einem ungebundenen Elektronenpaar zur Bindung.Die Lewis -Säure -Struktur ist so, dass sie ca.n Erzielen Sie eine stabile Konfiguration, indem Sie eine Koordinat-Bindung mit einer Lewis-Basis bilden.Basen müssen keine Hydroxidionen oder Akzeptanzprotonen enthalten, und eine Lewis -Säure muss weder Wasserstoff oder Spendenprotonen enthalten.Die Lewis-Säure-Definition umfasst alle Arrhenius- und Bronsted-Lowry-Säuren sowie viele Substanzen, die nicht auf die Kriterien für Bronsted-Lowry oder Arrhenius erfüllen.
Ein gutes Beispiel für eine solche Substanz ist Boron Trifluorid (bf 3 ).In dieser Verbindung hat Bor, das normalerweise drei Elektronen in seiner Außenhülle hat, kovalente Bindungen gebildet und ein Elektronenpaar mit jedem der drei Fluoratome geteilt.Obwohl die Verbindung stabil ist, hat sie Platz für zwei weitere Elektronen in ihrer Außenhülle.Es kann somit eine Koordinatbindung mit einem Elektronenpaarspender mdash bilden;Mit anderen Worten, eine Basis.
Zum Beispiel kann sie sich mit Ammoniak (NH 3 ) kombinieren, das ein Stickstoffatom mit einem ungebundenen Elektronenpaar aufweist, da drei der fünf Elektronen in der Außenhülle des Stickstoffs in kovalenten Bindungen sindmit den drei Wasserstoffatomen.Die Kombination von Bor -Trifluorid und Ammoniak ist also wie folgt: bf 3 +: nh 3 rarr;Bf 3 : nh 3 mdash;Das ":" repräsentiert das Elektronenpaar aus dem Stickstoffatom des Ammoniaks.Bor Trifluorid verhält sich daher als Lewis -Säure und Ammoniak als Base.