Τι είναι το οξύ Lewis;
Ο όρος Lewis Acid πήρε το όνομά του από τον Αμερικανό χημικό Gilbert N. Lewis.Οι πρώτοι χημικοί αναγνώρισαν ένα οξύ ως ουσία με ξινή γεύση που αντιδρά με μερικά μέταλλα και εξουδετερώνει τις βάσεις ή αλκαλικά, παράγοντας ένα αλάτι.Από τα τέλη του 19ου αιώνα, ωστόσο, έγιναν προσπάθειες για τον καθορισμό οξέων και βάσεων με πιο αυστηρό τρόπο και αυτό που εξηγεί τι συμβαίνει πραγματικά σε μια αντίδραση οξέος-βάσης.Το Lewis's είναι ο ευρύτερος ορισμός.
Το 1883, ο σουηδός χημικός Svante Arrhenius ορίσει ένα οξύ ως ουσία που σχηματίζει ιόντα υδρογόνου (Η +) σε υδατικό διάλυμα και μια βάση ως ουσία που σχηματίζει υδροξείδιο (OH ) ιόντα.Τα ιόντα H + mdash;που είναι απλά πρωτόνια mdash;είναι υπερβολικά αντιδραστικοί για να υπάρξουν σε ένα υδατικό διάλυμα και συσχετίζονται με μόρια νερού για να σχηματίσουν ιόντα υδρογονίου (Η 3 o +).Ο ορισμός του Arrhenius αποδείχθηκε πολύ χρήσιμος και καλύπτει τις περισσότερες από τις ενώσεις που συνήθως θεωρούνταν ως οξέα.Για παράδειγμα, το υδροχλωρικό οξύ, ένα διάλυμα του υδρογόνου αερίου σε νερό, παρέχει ιόντα Η + που σχηματίζουν ιόντα υδρονίου σε διάλυμα: HCl + Η 2 O Rarr;H 3 o + + cl
-.Αυτός ο ορισμός παρέμεινε το πρότυπο μέχρι τον 20ό αιώνα και εξακολουθεί να χρησιμοποιείται συχνά σήμερα. Ένα καθοριστικό χαρακτηριστικό όλων των οξέων είναι ότι εξουδετερώνουν τις βάσεις για την παραγωγή αλάτων.Ένα παράδειγμα είναι η αντίδραση του υδροχλωρικού οξέος με υδροξείδιο του νατρίου (NaOH) για την παραγωγή χλωριούχου νατρίου και νερού (H 2 O): H 3 o + cl -+na + rarr;Na + cl - + h 2 o.Εδώ, τα ιόντα H + που παρέχονται από το υδροχλωρικό οξύ έχουν συνδυαστεί με τα ιόντα Oh - που παρέχονται από το υδροξείδιο του νατρίου για την παραγωγή νερού, ενώ τα ιόντα Na + και cl - έχουν συνδυαστεί για να παράγουν αλάτι,σύμφωνα με τη θεωρία του Arrhenius.Ωστόσο, παρόμοιες αντιδράσεις μπορούν να εμφανιστούν μεταξύ ενώσεων που δεν ταιριάζουν με τους ορισμούς των οξέων και των βάσεων του Arrhenius.Για παράδειγμα, το αέριο υδρογόνο χλωριούχο μπορεί να αντιδράσει με αέρια αμμωνία για να σχηματίσει το χλωριούχο αμμωνίου άλατος: HCl + NH 3 rarr;NH 4 + cl -.Δύο ενώσεις έχουν συνδυαστεί για να σχηματίσουν ένα αλάτι, αλλά επειδή δεν βρίσκονται σε διάλυμα, δεν υπάρχουν ιόντα H + ή oh
Το 1923, δύο χημικοί mdash;Johaness Bronsted και Thomas Lowry Mdash;ανεξάρτητα ήρθε με έναν νέο ορισμό.Πρότειναν ότι ένα οξύ ήταν ένας δότος πρωτονίων και μια βάση ενός δέκτη πρωτονίων.Σε μια αντίδραση οξέος-βάσης, το οξύ παρέχει ένα πρωτόνιο ή H + ιόν, στη βάση.Ωστόσο, ούτε το αντιδραστήριο δεν χρειάζεται να είναι σε διάλυμα, με τα ιόντα H + ή OH - να παρουσιάζουν πραγματικά πριν από την αντίδραση.Αυτός ο ορισμός περιλαμβάνει όλα τα οξέα και τις βάσεις του Arrhenius, αλλά εξηγεί επίσης τον συνδυασμό του αέρια υδρογόνου και της αμμωνίας ως αντίδρασης όξινης βάσης: το ομοιοπολικό υδρογόνο χλωριούχο έδωσε ένα πρωτόνιο στην αμμωνία για να σχηματίσει ένα αμμώνιο (NH 4 +), το οποίο σχηματίζει μια ιοντική ένωση με το ιόν Ο Αμερικανός χημικός Gilbert N. Lewis πρότεινε, επίσης το 1923, μια εκτεταμένη έννοια των οξέων και των βάσεων ως δέκτες και δωρητές ηλεκτρονίων, αντίστοιχα.Με αυτόν τον ορισμό, μια αντίδραση οξέος-βάσης περιλαμβάνει τα αντιδραστήρια που σχηματίζουν ένα συντεταγμένο δεσμό mdash;Ένας ομοιοπολικός δεσμός όπου και τα δύο κοινά ηλεκτρόνια προέρχονται από το ίδιο Atom Mdash.με τα ηλεκτρόνια που προέρχονται από τη βάση.Στην αντίδραση Hcl-NaOH που περιγράφηκε παραπάνω, το ιόν H + που παρέχεται από το HCl δέχεται ένα ζεύγος ηλεκτρονίων από το ιόν Oh που παρέχεται από το NaOH για να σχηματίσει νερό.είναι μια ένωση που διαθέτει ένα μη συνδεδεμένο ζεύγος ηλεκτρονίων διαθέσιμο για συγκόλληση.Η δομή του οξέος Lewis είναι τέτοια που είναι CAn Επιτύχετε μια σταθερή διαμόρφωση σχηματίζοντας έναν συντεταγμένο δεσμό με μια βάση Lewis.Οι βάσεις δεν χρειάζεται να περιέχουν ιόντα υδροξειδίου ή να δέχονται πρωτόνια και ένα οξύ Lewis δεν χρειάζεται να περιέχει υδρογόνο ή να δώσει πρωτόνια.Ο ορισμός του Lewis Acid περιλαμβάνει όλα τα οξέα Arrhenius και Bronsted-Lowry και επίσης πολλές ουσίες που δεν πληρούν τα κριτήρια βόμβας ή Arrhenius.Σε αυτή την ένωση, το βόριο, το οποίο κανονικά έχει τρία ηλεκτρόνια στο εξωτερικό του κέλυφος, έχει σχηματίσει ομοιοπολικούς δεσμούς, μοιράζοντας ένα ζεύγος ηλεκτρονίων με κάθε ένα από τα τρία άτομα φθορίου.Αν και η ένωση είναι σταθερή, έχει χώρο για δύο ακόμη ηλεκτρόνια στο εξωτερικό της κέλυφος.Μπορεί λοιπόν να σχηματίσει έναν συντεταγμένο δεσμό με έναν δότη ζεύγους ηλεκτρονίων mdash.Με άλλα λόγια, μια βάση.
Για παράδειγμα, μπορεί να συνδυαστεί με αμμωνία (NH 3 ), η οποία έχει άτομο αζώτου με ένα μη συνδεδεμένο ζεύγος ηλεκτρονίων, καθώς τρία από τα πέντε ηλεκτρόνια στο εξωτερικό κέλυφος του αζώτου βρίσκονται σε ομοιοπολικούς δεσμούςμε τα τρία άτομα υδρογόνου.Ο συνδυασμός του τριφθορίου και της αμμωνίας του βορίου είναι επομένως ο εξής: BF
3+: NH 3 rarr;Bf 3 : NH 3 mdash;Το ":" αντιπροσωπεύει το ζεύγος ηλεκτρονίων από το άτομο αζώτου της αμμωνίας.Επομένως, η τριφθορίδη του βορίου συμπεριφέρεται ως οξύ και αμμωνία Lewis ως βάση.