Qu'est-ce qu'un acide de Lewis?
Le terme acide de Lewis tire son nom du chimiste américain Gilbert N. Lewis. Les premiers chimistes ont reconnu un acide comme une substance au goût acidulé qui réagit avec certains métaux et neutralise les bases, ou bases, produisant un sel. Depuis la fin du 19ème siècle, cependant, des tentatives ont été faites pour définir les acides et les bases de manière plus rigoureuse, ce qui explique ce qui se passe réellement dans une réaction acide-base. Lewis est la définition la plus large.
En 1883, le chimiste suédois Svante Arrhenius définit un acide comme une substance qui forme des ions hydrogène (H + ) en solution aqueuse et une base comme une substance qui forme des ions hydroxyde (OH - ). Les ions H + - qui ne sont que des protons - sont trop réactifs pour exister en solution aqueuse et s’associent aux molécules d’eau pour former des ions hydronium (H 3 O + ). La définition d'Arrhenius s'est révélée très utile et couvre la plupart des composés couramment considérés comme des acides. Par exemple, l'acide chlorhydrique, une solution du chlorure d'hydrogène gazeux dans l'eau, fournit des ions H + qui forment des ions hydronium en solution: HCl + H 2 O → H 3 O + + Cl - . Cette définition est restée la norme jusque tard dans le XXe siècle et est encore fréquemment utilisée aujourd'hui.
Une caractéristique déterminante de tous les acides est qu'ils neutralisent les bases pour produire des sels. Un exemple est la réaction de l'acide chlorhydrique avec de l'hydroxyde de sodium (NaOH) pour produire du chlorure de sodium et de l'eau (H 2 O): H 3 O + Cl - + Na + OH - → Na + Cl - + H 2 O. Les ions H + fournis par l'acide chlorhydrique se sont combinés aux ions OH - fournis par l'hydroxyde de sodium pour produire de l'eau, tandis que les ions Na + et Cl - se sont combinés pour produire du sel, conformément à la théorie d'Arrhenius; Cependant, des réactions similaires peuvent se produire entre des composés qui ne correspondent pas aux définitions d'Arrhenius des acides et des bases. Par exemple, le chlorure d'hydrogène gazeux peut réagir avec l'ammoniac gazeux pour former le sel chlorure d'ammonium: HCl + NH 3 → NH 4 + Cl - . Deux composés se sont combinés pour former un sel, mais comme ils ne sont pas en solution, il n’ya pas d’ions H + ou OH - , de sorte que les réactifs ne sont pas qualifiés d’acide ni de base selon Arrhenius.
En 1923, deux chimistes - Johaness Bronsted et Thomas Lowry - élaborèrent indépendamment une nouvelle définition. Ils ont suggéré qu'un acide était un donneur de proton et une base un accepteur de proton. Dans une réaction acide-base, l'acide fournit un proton, ou ion H + , à la base; cependant, aucun réactif n'a besoin d'être en solution, les ions H + ou OH - étant effectivement présents avant la réaction. Cette définition inclut tous les acides et bases d'Arrhénius, mais explique également la combinaison de chlorure d'hydrogène gazeux et d'ammoniac en tant que réaction acide-base: le chlorure d'hydrogène covalent a fourni un proton à l'ammoniac pour former un ion ammonium (NH 4 + ), qui forme un composé ionique avec l'ion Cl - .
Le chimiste américain Gilbert N. Lewis suggéra, également en 1923, un concept plus étendu d'acides et de bases en tant qu'accepteurs et donneurs de paires d'électrons, respectivement. Selon cette définition, une réaction acide-base implique les réactifs formant une liaison de coordonnées - une liaison covalente où les deux électrons partagés proviennent du même atome - avec les électrons provenant de la base. Dans la réaction HCl-NaOH décrite ci-dessus, l'ion H + fourni par le HCl accepte une paire d'électrons provenant de l'ion OH - fourni par le NaOH pour former de l'eau.
Selon cette théorie, par conséquent, une base de Lewis est un composé qui possède une paire d'électrons non liés disponible pour la liaison. La structure d'acide de Lewis est telle qu'elle peut atteindre une configuration stable en formant une liaison de coordonnées avec une base de Lewis. Les bases n'ont pas besoin de contenir des ions hydroxyde ou d'accepter des protons, et un acide de Lewis n'a pas besoin de contenir de l'hydrogène ni de donner des protons. La définition de l'acide de Lewis inclut tous les acides d'Arrhenius et de Bronsted-Lowry ainsi que de nombreuses substances qui ne répondent pas aux critères de Bronsted-Lowry ou d'Arrhenius.
Un bon exemple de cette substance est le trifluorure de bore (BF 3 ). Dans ce composé, le bore, qui a normalement trois électrons dans son enveloppe externe, a formé des liaisons covalentes, partageant une paire d'électrons avec chacun des trois atomes de fluor. Bien que le composé soit stable, il a de la place pour deux électrons supplémentaires dans sa coque externe. Il peut ainsi former une liaison de coordination avec un donneur de paire d'électrons - en d'autres termes, une base.
Par exemple, il peut se combiner à l'ammoniac (NH 3 ), qui possède un atome d'azote avec une paire d'électrons non liés, car trois des cinq électrons de la couche externe de l'azote sont en liaisons covalentes avec les trois atomes d'hydrogène. La combinaison de trifluorure de bore et d'ammoniac est donc la suivante: BF 3 +: NH 3 → BF 3 : NH 3 - le «:» représente la paire d'électrons de l'atome d'azote de l'ammoniac. Le trifluorure de bore se comporte donc comme un acide de Lewis et l’ammoniac comme une base.