Co je Lewisova kyselina?
Termín Lewisova kyselina je pojmenován po americkém chemikovi Gilbertovi N. Lewisovi. Brzy chemici rozpoznali kyselinu jako látku s kyselou chutí, která reaguje s některými kovy a neutralizuje báze nebo alkálie a vytváří sůl. Od konce 19. století však byly učiněny pokusy definovat kyseliny a báze přísnějším způsobem a ten, který vysvětluje, co se vlastně děje při reakci kyselina-báze. Lewis's je nejširší definice.
V roce 1883 definoval švédský chemik Svante Arrhenius kyselinu jako látku, která ve vodném roztoku vytváří vodíkové ionty (H + ), a bázi jako látku, která tvoří hydroxidové (OH - ) ionty. H + ionty, které jsou jednoduše protony, jsou příliš reaktivní na to, aby existovaly ve vodném roztoku, a spojují se s molekulami vody, aby vytvořily ionty hydronia (H30 + ). Arrheniova definice se ukázala jako velmi užitečná a pokrývá většinu sloučenin běžně považovaných za kyseliny. Například kyselina chlorovodíková, roztok plynného chlorovodíku ve vodě, poskytuje H + ionty, které tvoří hydroniové ionty v roztoku: HC1 + H20 → H30 + + Cl-. Tato definice zůstala standardem až do 20. století a je stále používána dodnes.
Charakteristickou vlastností všech kyselin je to, že neutralizují báze za vzniku solí. Příkladem je reakce kyseliny chlorovodíkové s hydroxidem sodným (NaOH) za vzniku chloridu sodného a vody (H20): H 3 O + Cl - + Na + OH - → Na + Cl - + H20. H + ionty poskytované kyselinou chlorovodíkovou se zkombinovaly s OH - ionty poskytovanými hydroxidem sodným za účelem výroby vody, zatímco ionty Na + a Cl - se spojily za vzniku soli v souladu s Arrheniovou teorií; podobné reakce však mohou nastat mezi sloučeninami, které neodpovídají Arrheniovým definicím kyselin a zásad. Například plynný chlorovodík může reagovat s plynným amoniakem za vzniku soli chloridu amonného: HC1 + NH3 → NH4 + Cl-. Dvě sloučeniny se spojily, aby vytvořily sůl, ale protože nejsou v roztoku, nejsou přítomny žádné H + nebo OH - ionty, takže reaktanty se podle Arrheniho nekvalifikují jako kyselina a báze.
V roce 1923 dva chemici - Johaness Bronsted a Thomas Lowry - nezávisle přišli s novou definicí. Navrhovali, že kyselina je donor protonu a báze akceptor protonu. Při reakci kyselina-báze poskytuje kyselina protonu nebo H + ion, bázi; žádný reaktant však nemusí být v roztoku, s H + nebo OH - ionty skutečně přítomnými před reakcí. Tato definice zahrnuje všechny arrheniové kyseliny a báze, ale také vysvětluje kombinování plynného chlorovodíku a amoniaku jako reakce kyseliny a báze: kovalentní chlorovodík poskytl protonu amoniaku za vzniku amonného (NH 4 + ) iontu, který tvoří iontovou sloučeninu s iontem Cl.
Americký chemik Gilbert N. Lewis navrhl, také v roce 1923, rozšířenou koncepci kyselin a bází jako akceptorů elektronových párů a dárců. Podle této definice zahrnuje reakce kyselina-báze reaktanty, které tvoří koordinační vazbu - kovalentní vazbu, kde oba sdílené elektrony pocházejí ze stejného atomu - s elektrony přicházejícími z báze. Ve výše popsané reakci HCI - NaOH přijímá iont H + poskytovaný HCI elektronový pár z OH - iontu poskytovaného NaOH za vzniku vody.
Podle této teorie je tedy Lewisova báze sloučenina, která má nespárovaný elektronový pár k dispozici pro vazbu. Struktura Lewisovy kyseliny je taková, že může dosáhnout stabilní konfigurace vytvořením koordinované vazby s Lewisovou bází. Báze nemusí obsahovat hydroxidové ionty ani přijímat protony a Lewisova kyselina nemusí obsahovat vodík ani darovat protony. Definice Lewisovy kyseliny zahrnuje všechny kyseliny Arrhenius a Bronsted-Lowry a také mnoho látek, které nesplňují kritéria Bronsted-Lowry nebo Arrhenius.
Dobrým příkladem takové látky je fluorid boritý (BF 3 ). V této sloučenině vytvořil bor, který má obvykle ve vnějším obalu tři elektrony, kovalentní vazby, které sdílejí elektronový pár s každým ze tří atomů fluoru. Ačkoli je sloučenina stabilní, má ve svém vnějším obalu prostor pro další dva elektrony. Může tak tvořit koordinační vazbu s dárcem elektronových párů - jinými slovy, základnou.
Například se může kombinovat s amoniakem (NH3), který má atom dusíku s nespojeným elektronovým párem, protože tři z pěti elektronů ve vnějším obalu dusíku jsou v kovalentních vazbách se třemi atomy vodíku. Kombinace fluoridu boritého a amoniaku je tedy následující: BF 3 +: NH3 → BF 3 : NH3 - „:“ představuje dvojici elektronů z atomu dusíku amoniaku. Chlorid boritý se tedy chová jako Lewisova kyselina a amoniak jako báze.