Wat is een Lewis -zuur?
De term Lewis Acid is vernoemd naar de Amerikaanse chemicus Gilbert N. Lewis.Vroege chemici herkenden een zuur als een stof met een zure smaak die reageert met enkele metalen en die bases of alkaliërs neutraliseert, die een zout produceerde.Sinds de late 19e eeuw zijn er echter pogingen gedaan om zuren en basen op een meer rigoureuze manier te definiëren, en een die verklaart wat er eigenlijk gebeurt in een zuur-base reactie.Lewis's is de breedste definitie.
In 1883 definieerde de Zweedse chemicus Svante Arrhenius een zuur als een stof die waterstofionen vormt (H +) in waterige oplossing, en een basis als een stof die hydroxide vormt (oh - ) ionen.De H + ionen mdash;die gewoon protonen zijn mdash;zijn te reactief om te bestaan in een waterige oplossing en associëren met watermoleculen om hydronium (H 3 O +) ionen te vormen.De definitie van Arrhenius bleek zeer nuttig en bestrijkt de meeste verbindingen die gewoonlijk als zuren worden beschouwd.Bijvoorbeeld, zoutzuur, een oplossing van het gaswaterstofchloride in water, biedt H + ionen die hydroniumionen vormen in oplossing: HCl + H 2 O rarr;H 3 O + + CL -
.Deze definitie bleef de standaard tot ver in de 20e eeuw en wordt tegenwoordig nog steeds vaak gebruikt.Een bepalend kenmerk van alle zuren is dat ze bases neutraliseren om zouten te produceren.Een voorbeeld is de reactie van zoutzuur met natriumhydroxide (NaOH) om natriumchloride en water (H 2 O) te produceren: H 3 O + CL -+Na + oh - rarr;NA + CL - + H 2 o.Hier hebben de H + ionen die worden geleverd door het zoutzuur gecombineerd met de OH - ionen die door het natriumhydroxide worden geleverd om water te produceren, terwijl de Na + en Cl -ions ionen hebben gecombineerd om zout te produceren, inovereenstemming met de theorie van Arrhenius;Soortgelijke reacties kunnen echter optreden tussen verbindingen die niet passen bij de Arrhenius -definities van zuren en basen.Gasvormige waterstofchloride kan bijvoorbeeld reageren met gasvormige ammoniak om het zout ammoniumchloride te vormen: HCl + NH 3 rarr;NH 4 + CL -.Twee verbindingen hebben gecombineerd om een zout te vormen, maar omdat ze niet in oplossing zijn, zijn er geen H + of OH - ions ionen aanwezig, dus de reactanten komen niet in aanmerking als een zuur en een basis volgens Arrhenius.In 1923, twee chemici mdash;Johaness Bronsted en Thomas Lowry Mdash;Onafhankelijk bedacht een nieuwe definitie.Ze suggereerden dat een zuur een protondonor was en een basis van een protonacceptor.In een zuur-base reactie geeft het zuur een proton of H
+ion, aan de basis;Geen van beide reactant hoeft echter in oplossing te zijn, met H + of OH - ionen die daadwerkelijk aanwezig zijn voorafgaand aan de reactie.Deze definitie omvat alle arheniuszuren en basen, maar verklaart ook de combinatie van gasvormige waterstofchloride en ammoniak als een zuur-base reactie: het covalente waterstofchloride heeft een proton voor de ammoniak gegeven om een ammonium te vormen (NH 4 +) ion, dat een ionische verbinding vormt met het Cl - ion ion
de Amerikaanse chemicus Gilbert N. Lewis suggereerde, ook in 1923, een uitgebreid concept van zuren en basen als elektronenparen acceptoren en donoren, respectievelijk.Volgens deze definitie houdt een zuur-base-reactie in dat de reactanten een coördinaatbinding vormen mdash;Een covalente binding waarbij beide gedeelde elektronen uit hetzelfde atoom komen mdash;met de elektronen die van de basis komen.is een compound met een niet -gebonden elektronenpaar dat beschikbaar is voor binding.De Lewis -zuurstructuur is zodanig dat het CAn Bereik een stabiele configuratie door een coördinaatbinding te vormen met een Lewis-basis.Bases hoeven geen hydroxide -ionen te bevatten of protonen te accepteren, en een Lewis -zuur hoeft geen waterstof te bevatten of protonen te doneren.De Lewis Acid Definitie omvat alle Arrhenius en Bronsted-Lowryzuren en ook veel stoffen die niet voldoen aan de Bronsted-Lowry of Arrhenius-criteria.
Een goed voorbeeld van een dergelijke stof is boor trifluoride (BF 3 ).In deze verbinding heeft boor, die normaal drie elektronen in zijn buitenste schaal heeft, covalente bindingen gevormd en een elektronpaar gedeeld met elk van de drie fluoratomen.Hoewel de verbinding stabiel is, heeft het ruimte voor nog twee elektronen in de buitenste schaal.Het kan dus een coördinaatbinding vormen met een elektronenparen-donor mdash;Met andere woorden, een basis.
bijvoorbeeld, het kan combineren met ammoniak (NH 3 ), die een stikstofatoom heeft met een niet -gebonden elektronenpaar, omdat drie van de vijf elektronen in de buitenste schaal van de stikstof in covalente bindingen zijnmet de drie waterstofatomen.De combinatie van boor trifluoride en ammoniak is dus als volgt: BF 3 +: NH 3 rarr;BF 3 : NH 3
mdash;Het ":" vertegenwoordigt het elektronenpaar uit het stikstofatoom van de ammoniak.Boron trifluoride gedraagt zich dus als een Lewis -zuur en ammoniak als basis.