Che cos'è un acido Lewis?
Il termine acido Lewis prende il nome dal chimico americano Gilbert N. Lewis. I primi chimici hanno riconosciuto un acido come sostanza dal sapore aspro che reagisce con alcuni metalli e che neutralizza le basi, o gli alcali, producendo un sale. Dalla fine del 19 ° secolo, tuttavia, sono stati fatti tentativi per definire gli acidi e le basi in un modo più rigoroso, e uno che spiega ciò che effettivamente accade in una reazione acido-base. Lewis è la definizione più ampia.
Nel 1883, il chimico svedese Svante Arrhenius definì un acido come una sostanza che forma ioni idrogeno (H + ) in soluzione acquosa e una base come sostanza che forma ioni idrossido (OH - ). Gli ioni H + - che sono semplicemente protoni - sono troppo reattivi per esistere in una soluzione acquosa e si associano alle molecole d'acqua per formare ioni idronio (H 3 O + ). La definizione di Arrhenius si è rivelata molto utile e copre la maggior parte dei composti comunemente considerati acidi. Ad esempio, l'acido cloridrico, una soluzione del gas acido cloridrico in acqua, fornisce ioni H + che formano ioni idronio in soluzione: HCl + H 2 O → H 3 O + + Cl - . Questa definizione è rimasta lo standard fino al XX secolo ed è ancora oggi frequentemente utilizzata.
Una caratteristica distintiva di tutti gli acidi è che neutralizzano le basi per produrre sali. Un esempio è la reazione dell'acido cloridrico con idrossido di sodio (NaOH) per produrre cloruro di sodio e acqua (H 2 O): H 3 O + Cl - + Na + OH - → Na + Cl - + H 2 O. Qui, il Gli ioni H + forniti dall'acido cloridrico si sono combinati con gli ioni OH forniti dall'idrossido di sodio per produrre acqua, mentre gli ioni Na + e Cl si sono combinati per produrre sale, secondo la teoria di Arrhenius; tuttavia, reazioni simili possono verificarsi tra composti che non si adattano alle definizioni di acidi e basi di Arrhenius. Ad esempio, l'acido cloridrico gassoso può reagire con ammoniaca gassosa per formare il cloruro di ammonio sale: HCl + NH 3 → NH 4 + Cl - . Due composti si sono combinati per formare un sale, ma poiché non sono in soluzione, non sono presenti ioni H + o OH, quindi i reagenti non si qualificano come acido e base secondo Arrhenius.
Nel 1923, due chimici - Johaness Bronsted e Thomas Lowry - trovarono indipendentemente una nuova definizione. Hanno suggerito che un acido era un donatore di protoni e una base un accettore di protoni. In una reazione acido-base, l'acido fornisce un protone, o ione H + , alla base; tuttavia, nessuno dei due reagenti deve essere in soluzione, con gli ioni H + o OH effettivamente presenti prima della reazione. Questa definizione include tutti gli acidi e le basi di Arrhenius, ma spiega anche la combinazione di acido cloridrico gassoso e ammoniaca come reazione acido-base: il cloruro di idrogeno covalente ha fornito un protone all'ammoniaca per formare uno ione ammonio (NH 4 + ), che forma un composto ionico con lo ione Cl.
Il chimico americano Gilbert N. Lewis suggerì, anche nel 1923, un concetto esteso di acidi e basi come accettori e donatori di coppie di elettroni, rispettivamente. Con questa definizione, una reazione acido-base coinvolge i reagenti formando un legame coordinato - un legame covalente in cui entrambi gli elettroni condivisi provengono dallo stesso atomo - con gli elettroni provenienti dalla base. Nella reazione HCl-NaOH sopra descritta, lo ione H + fornito dall'HCl accetta una coppia di elettroni dallo ione OH fornito dal NaOH per formare acqua.
Secondo questa teoria, quindi, una base di Lewis è un composto che ha una coppia elettronica non legata disponibile per il legame. La struttura acida di Lewis è tale da poter ottenere una configurazione stabile formando un legame coordinato con una base di Lewis. Le basi non devono contenere ioni idrossido o accettare protoni e un acido Lewis non deve contenere idrogeno o donare protoni. La definizione di acido Lewis comprende tutti gli acidi Arrhenius e Bronsted-Lowry e anche molte sostanze che non soddisfano i criteri Bronsted-Lowry o Arrhenius.
Un buon esempio di tale sostanza è il trifluoruro di boro (BF 3 ). In questo composto, il boro, che normalmente ha tre elettroni nel suo guscio esterno, ha formato legami covalenti, condividendo una coppia di elettroni con ciascuno dei tre atomi di fluoro. Sebbene il composto sia stabile, ha spazio per altri due elettroni nel suo guscio esterno. Può quindi formare un legame coordinato con un donatore di coppie di elettroni - in altre parole, una base.
Ad esempio, può combinarsi con l'ammoniaca (NH 3 ), che ha un atomo di azoto con una coppia di elettroni non legata, poiché tre dei cinque elettroni nel guscio esterno dell'azoto sono in legami covalenti con i tre atomi di idrogeno. La combinazione di trifluoruro di boro e ammoniaca è quindi la seguente: BF 3 +: NH 3 → BF 3 : NH 3 - il “:” rappresenta la coppia di elettroni dell'atomo di azoto dell'ammoniaca. Il trifluoruro di boro si comporta quindi come acido Lewis e ammoniaca come base.