Co to jest kwas Lewisa?

Termin Lewis Acid pochodzi od amerykańskiego chemika Gilberta N. Lewisa.Pierwsi chemicy rozpoznali kwas za substancję o kwaśnym smaku, który reaguje z niektórymi metaliami i neutralizuje zasady lub alkali, wytwarzając sól.Jednak od końca XIX wieku podjęto próby definiowania kwasów i zasad w bardziej rygorystyczny sposób, który wyjaśnia, co faktycznie dzieje się w reakcji kwasowej.Lewisa jest najszerszą definicją.

W 1883 r. Szwedzki chemik Svante Arrhenius zdefiniował kwas jako substancję, która tworzy jony wodoru (H +) w roztworze wodnym i podstawę jako substancję tworzącą wodorotlenek (OH -) Jony.Jony H + i mdash;które są po prostu protonami i mdash;są zbyt reaktywne, aby istnieć w wodnym roztworze i wiążą się z cząsteczkami wody, aby utworzyć jony hydronowe (H 3 O +).Definicja Arrheniusa okazała się bardzo przydatna i obejmuje większość związków powszechnie uważanych za kwasy.Na przykład kwas solny, roztwór chlorku wodoru w wodzie, zapewnia jony H + , które tworzą jony hydronowe w roztworze: HCl + H 2 O rarr;H 3 o + + cl -.Definicja ta pozostała standardem aż do XX wieku i jest nadal często używana.

Definiującą cechą wszystkich kwasów jest to, że neutralizują zasady do wytwarzania soli.Przykładem jest reakcja kwasu sodowego z wodorotlenkiem sodu (NaOH) w celu wytworzenia chlorku sodu i wody (H 2 O): H 3 o + cl -+na + OH - rarr;Na + cl - + H 2 o.Tutaj jony H + dostarczone przez kwas chlorowodorowy połączyły się z jonami OH - dostarczanymi przez wodorotlenek sodu w celu wytwarzania wody, podczas gdy jony Na + i Cl - połączyły się w celu wytworzenia soli, w In.zgodnie z teorią Arrheniusa;Jednak podobne reakcje mogą wystąpić między związkami, które nie pasują do definicji kwasów i zasad Arrheniusa.Na przykład, gazowy chlorek wodoru może reagować z amoniakiem gazowym z wytworzeniem chlorku amonu solnego: HCl + NH 3 rarr;NH 4 + cl -.Dwa związki połączyły się, aby utworzyć sól, ale ponieważ nie są w roztworze, nie ma jonów H +

-, więc reagenta nie kwalifikują się jako kwas i podstawa według Arrheniusa. W 1923 r. Dwóch chemików i mdash;Johaness Bronsted i Thomas Lowry Mdash;Niezależnie wymyślił nową definicję.Zasugerowali, że kwas był dawcą protonu i podstawą akceptorem protonu.W reakcji kwasowej kwas zapewnia proton lub jon H +, do zasady;Jednak żaden reagent nie musi być w roztworze, z jonami H + lub OH - faktycznie występującymi przed reakcją.Ta definicja obejmuje wszystkie kwasy i zasady Arrheniusa, ale wyjaśnia również łączenie gazowego chlorku wodoru i amoniaku jako reakcji kwasowo-zasadowej: kowalencyjny chlorek wodoru zapewnił amoniak proton z utworzeniem amonu (NH 4 +

) Jon, który tworzy związek jonowy z jonem Cl

-. Amerykański chemik Gilbert N. Lewis zasugerował, również w 1923 r., Odpowiednią koncepcję kwasów i zasad odpowiednio jako akceptorów i dawców pary elektronów.Zgodnie z tą definicją reakcja kwasowo-zasadowa obejmuje reagenty tworzące koordynacyjne wiązanie i mdash;kowalencyjna więź, w której oba wspólne elektrony pochodzą z tego samego atomu i mdash;z elektronami pochodzącymi z podstawy.W opisanej powyżej reakcji HCl-NaOH, jon H +

dostarczony przez HCl akceptuje parę elektronów z jonu OH

- dostarczonego przez NaOH w celu utworzenia wody. Zgodnie z tą teorią, zatem, podstawą Lewisato związek, który ma niezwiązaną parę elektronów dostępną do wiązania.Struktura kwasu Lewisa jest taka, że CAn Osiągnij stabilną konfigurację, tworząc wiązanie współrzędne z bazą Lewisa.Podstawy nie muszą zawierać jonów wodorotlenkowych ani akceptować protonów, a kwas Lewisa nie musi zawierać wodoru ani przekazywania protonów.Definicja kwasu Lewisa obejmuje wszystkie kwasy Arrheniusa i Bronsteda, a także wiele substancji, które nie spełniają kryteriów Bronsteda-Lowry lub Arrheniusa.

Dobrym przykładem takiej substancji jest trifluorek boru (BF 3 ).W tym związku bor, który zwykle ma trzy elektrony w zewnętrznej skorupce, utworzył wiązania kowalencyjne, dzieląc parę elektronów z każdym z trzech atomów fluorowych.Chociaż związek jest stabilny, ma miejsce na dwa więcej elektronów w zewnętrznej skorupce.Może zatem tworzyć wiązanie współrzędne z dawcą pary elektronów i mdash;Innymi słowy, podstawa.

Na przykład może łączyć się z amoniakiem (NH 3 ), który ma atom azotu z niezwiązaną parą elektronów, ponieważ trzy z pięciu elektronów w zewnętrznej powładzie azotu znajdują się w kowalencyjnych wiązaniachz trzema atomami wodoru.Połączenie trifluorku boru i amoniaku jest zatem następujące: BF 3 +: NH 3 RARR;BF 3 : NH 3 mdash;„:” reprezentuje parę elektronów z atomu azotu amoniaku.Trifluorek boru zachowuje się zatem jako kwas Lewis i amoniak jako podstawa.