Hvad er en Lewis -syre?

Udtrykket Lewis Acid er opkaldt efter den amerikanske kemiker Gilbert N. Lewis. Tidlige kemikere genkendte en syre som et stof med en sur smag, der reagerer med nogle metaller, og som neutraliserer baser eller alkalier, der producerer et salt. Siden slutningen af ​​det 19. århundrede er der imidlertid gjort forsøg på at definere syrer og baser på en mere streng måde, og en der forklarer, hvad der faktisk sker i en syre-base-reaktion. Lewis's er den bredeste definition.

I 1883 definerede den svenske kemiker svante Arrhenius en syre som et stof, der danner hydrogenioner (H ⁺) i vandig opløsning, og et base som et stof, der danner hydroxid (OH ^-) ioner. H ⁺ -ionerne - som simpelthen er protoner - er for reaktive til at eksistere i en vandig opløsning og associeres med vandmolekyler til dannelse af hydronium (H ₃ O ⁺) ioner. Arrhenius 'definition viste sig at være meget nyttig og dækker de fleste af forbindelserne, der ofte betragtes som syrer. For eksempel saltsyre,En opløsning af gashydrogenchloridet i vand tilvejebringer H ⁺ ioner, der danner hydroniumioner i opløsning: HCl + H ₂ O → H ₃ O ⁺ + cl ^-. Denne definition forblev standarden indtil langt ind i det 20. århundrede og bruges stadig ofte i dag.

Et definerende kendetegn for alle syrer er, at de neutraliserer baser for at producere salte. Et eksempel er reaktionen af ​​saltsyre med natriumhydroxid (NaOH) til at producere natriumchlorid og vand (h ₂ o): h 3 o ⁺ cl ^-+na ⁺ åh 2 o. Her har h ⁺ ioner leveret af saltsyren kombineret med OH ^- ioner leveret af natriumhydroxid for at producere vand, mens na ⁺ og cl ^- ioner har kombineret til at producere salt i overensstemmelse med ArrheniUSAs teori; Imidlertid kan lignende reaktioner forekomme mellem forbindelser, der ikke passer til Arrhenius -definitionerne af syrer og baser. F.eks. Kan gasformigt hydrogenchlorid reagere med gasformigt ammoniak for at danne salt ammoniumchlorid: HCl + NH ₃ → NH ₄ ⁺ cl ^-. To forbindelser har kombineret for at danne et salt, men da de ikke er i opløsning, er der ingen h ⁺ eller oh ^- ioner til stede, så reaktanterne kvalificerer sig ikke som en syre og en base ifølge Arrhenius.

I 1923 kom to kemikere - Johaness Bronsted og Thomas Lowry - uafhængigt af en ny definition. De foreslog, at en syre var en protondonor og en base en protonacceptor. I en syre-base-reaktion tilvejebringer syren en proton eller H ⁺ ion til basen; Imidlertid behøver ingen af ​​reaktanten at være i opløsning, med H ⁺ eller OH ^- ioner, der faktisk er til stede før reaktionen. Denne definition inkluderer alle Arrhenius -syrer og baser,men forklarer også kombinationen af ​​gasformigt hydrogenchlorid og ammoniak som en syre-base-reaktion: det kovalente hydrogenchlorid har tilvejebragt en proton til ammoniak til dannelse af et ammonium (NH ₄ ⁺

) ion, der danner en ionisk forbindelse med CL - ion.

Den amerikanske kemiker Gilbert N. Lewis foreslog, også i 1923, et udvidet koncept af syrer og baser som henholdsvis elektronparreceptorer og donorer. Ved denne definition involverer en syre-base-reaktion reaktanterne, der danner en koordinatbinding-en kovalent binding, hvor begge de delte elektroner kommer fra det samme atom-med elektronerne, der kommer fra basen. I HCL-NAOH-reaktionen beskrevet ovenfor accepterer H ⁺ ion leveret af HCL et elektronpar fra OH ^- ion leveret af NaOH til at danne vand.

I henhold til denne teori er en Lewis -base derfor en forbindelse, der har et ubundet elektronpar til rådighed til binding. Lewis -syrestrukturen er sådanat det kan opnå en stabil konfiguration ved at danne en koordinatbinding med en Lewis-base. Baser behøver ikke at indeholde hydroxidioner eller acceptere protoner, og en Lewis -syre behøver ikke indeholde brint eller donere protoner. Definitionen Lewis Acid inkluderer alle Arrhenius og Bronsted-Lowry-syrer og også mange stoffer, der ikke opfylder Bronsted-Lowry eller Arrhenius-kriterierne.

Et godt eksempel på et sådant stof er bortrifluorid (bf ₃ ). I denne forbindelse har bor, der normalt har tre elektroner i sin ydre skal, dannet kovalente bindinger, der deler et elektronpar med hvert af de tre fluoratomer. Selvom forbindelsen er stabil, har den plads til yderligere to elektroner i sin ydre skal. Det kan således danne en koordinatbinding med en elektronpar-donor-med andre ord en base.

For eksempel kan det kombineres med ammoniak (NH ₃ ), som har et nitrogenatom med et ubundet elektronpar, da tre af de fem elektroner i nitrogenets ydre skal er iKovalente bindinger med de tre hydrogenatomer. Kombinationen af ​​bortrifluorid og ammoniak er således som følger: BF ₃ +: NH ₃ → BF ₃ : NH ₃ - ":" repræsenterer elektronparret fra ammoniakens nitrogenatom. Bortrifluorid opfører sig således som en Lewis -syre og ammoniak som base.