Was ist eine Lewis -Säure?

Der Begriff Lewis Säure ist nach dem amerikanischen Chemiker Gilbert N. Lewis benannt. Frühe Chemiker erkannten eine Säure als Substanz mit einem sauren Geschmack, der mit einigen Metallen reagiert und Basen oder Alkalis neutralisiert und ein Salz produziert. Seit dem späten 19. Jahrhundert wurden jedoch Versuche unternommen, Säuren und Basen strenger zu definieren, und eine, die erklärt, was tatsächlich in einer Säure-Base-Reaktion passiert. Lewis ist die breiteste Definition. Die H < -Sup>+ -Ionen - die einfach Protonen sind - sind zu reaktiv, um in einer wässrigen Lösung zu existieren, und assoziieren mit Wassermolekülen, um Hydronium (H ₃ o ⁺) Ionen zu bilden. Die Definition von Arrhenius erwies sich als sehr nützlich und deckt die meisten Verbindungen ab, die üblicherweise als Säuren angesehen werden. Zum Beispiel Salzsäure, Salzsäure,Eine Lösung des Gaswasserstoffchlorids in Wasser liefert H ⁺ Ionen, die Hydroniumionen in Lösung bilden: HCl + H ₂ o → h ₃ o ⁺ + cl ^-. Diese Definition blieb bis weit in das 20. Jahrhundert der Standard und wird bis heute häufig verwendet.

Ein definierendes Merkmal aller Säuren ist, dass sie Basen neutralisieren, um Salze zu erzeugen. An example is the reaction of hydrochloric acid with sodium hydroxide (NaOH) to produce sodium chloride and water (H₂O): H₃O⁺Cl^- + Na⁺OH^- → Na⁺Cl^- + H ₂ o. Hier haben die von der Salzsäure bereitgestellten H <-Sup>+ -Ionen mit den von dem Natriumhydroxid bereitgestellten OH <-Sup>- -Ionen kombiniert, während die Na ⁺ und cl ^- zusammen mit Arrheni zusammen mit Arrheni mit Arzneihemi kombiniert sindUS -Theorie; Es können jedoch ähnliche Reaktionen zwischen Verbindungen auftreten, die nicht den Arrhenius -Definitionen von Säuren und Basen passen. Beispielsweise kann gasförmiges Wasserstoffchlorid mit gasförmiger Ammoniak zum Salzammoniumchlorid reagieren: HCl + nh ₃ → nh ₄ + cl ^-. Zwei Verbindungen haben sich kombiniert, um ein Salz zu bilden, aber da sie nicht in Lösung sind, gibt es keine H ⁺ oder oh ^- ionen, sodass die Reaktanten nicht als Säure und Basis nach Arrhenius qualifiziert sind.

1923 haben zwei Chemiker - Johaness Bronsted und Thomas Lowry - unabhängig eine neue Definition ausgedacht. Sie schlugen vor, dass eine Säure ein Protonenspender und eine Basis ein Protonenakzeptor war. In einer Säure-Base-Reaktion liefert die Säure der Basis ein Proton oder H <-Sup>+ Ion; Es muss jedoch kein Reaktant in Lösung sein, wobei H ⁺ oder oh ^- tatsächlich vor der Reaktion vorhanden ist. Diese Definition umfasst alle Arrhenius -Säuren und -Basen.aber erklärt auch die Kombination von gasförmigem Wasserstoffchlorid und Ammoniak als Säure-Base-Reaktion: Das kovalente Wasserstoffchlorid hat dem Ammoniak ein Proton zur Bildung eines Ammoniums (NH ₄ ⁺) ion, das eine ionische Verbindung mit der cl ion bildet.

Der amerikanische Chemiker Gilbert N. Lewis schlug vor, ebenfalls 1923 ein erweitertes Konzept von Säuren und Basen als Elektronenpaarakzeptoren bzw. Spender. Durch diese Definition beinhaltet eine Säure-Base-Reaktion die Reaktanten, die eine Koordinatbindung bilden-eine kovalente Bindung, bei der beide gemeinsamen Elektronen aus demselben Atom stammen-wobei die Elektronen von der Basis stammen. In der oben beschriebenen HCl-NaOH

Nach dieser Theorie ist eine Lewis -Basis eine Verbindung mit einem ungebundenen Elektronenpaar zur Bindung. Die Lewis -Säurestruktur ist sodass es eine stabile Konfiguration erreichen kann, indem eine koordinierte Bindung mit einer Lewis-Basis bildet. Basen müssen keine Hydroxidionen oder Akzeptanzprotonen enthalten, und eine Lewis -Säure muss weder Wasserstoff noch Protonen enthalten. Die Lewis-Säure-Definition umfasst alle Arrhenius- und Bronsted-Lowry-Säuren sowie viele Substanzen, die nicht auf die Kriterien für Bronsted-Lowry oder Arrhenius erfüllen.

Ein gutes Beispiel für eine solche Substanz ist Bor Trifluorid (BF ₃ ). In dieser Verbindung hat Bor, das normalerweise drei Elektronen in seiner Außenhülle hat, kovalente Bindungen gebildet und ein Elektronenpaar mit jedem der drei Fluoratome geteilt. Obwohl die Verbindung stabil ist, hat sie Platz für zwei weitere Elektronen in ihrer Außenhülle. Es kann somit eine Koordinatbindung mit einem Elektronenpaarspender bilden-mit anderen Worten, eine Basis.

Zum Beispiel kann es sich mit Ammoniak (NH ₃ ) kombinieren, das ein Stickstoffatom mit einem ungebundenen Elektronenpaar aufweist, da drei der fünf Elektronen in der Außenhülle des Stickstoffs sindKovalente Bindungen mit den drei Wasserstoffatomen. Die Kombination von Bor -Trifluorid und Ammoniak ist also wie folgt: BF ₃ +: nh ₃ → bf ₃ : nh ₃ - Das „:“ -Elektronspaar des Ammonia -Nitrogenatoms. Bor Trifluorid verhält sich somit als Lewis -Säure und Ammoniak als Base.