ルイス酸とは？
ルイス酸という用語は、アメリカの化学者ギルバートN.ルイスにちなんで命名されました。 初期の化学者は、酸が酸味を持ち、一部の金属と反応し、塩基またはアルカリを中和して塩を生成する物質であると認識していました。 しかし、19世紀後半以降、酸と塩基をより厳密な方法で定義する試みが行われ、酸塩基反応で実際に何が起こるかを説明しています。 ルイスは最も広い定義です。
1883年、スウェーデンの化学者スヴァンテアレニウスは、酸を水溶液中で水素イオン（H + ）を形成する物質、塩基を水酸化物（OH-）イオンを形成する物質と定義しました。 H +イオン-単にプロトンである-は反応性が高すぎて水溶液中に存在せず、水分子と結合してヒドロニウム（H 3 O + ）イオンを形成します。 アレニウスの定義は非常に有用であることがわかり、一般に酸と見なされる化合物のほとんどをカバーしています。 たとえば、塩化水素ガスの水溶液である塩酸は、溶液中にヒドロニウムイオンを形成するH +イオンを提供します：HCl + H 2 O→H 3 O + + Cl-。 この定義は20世紀に至るまで標準であり、今日でも頻繁に使用されています。
すべての酸の特徴は、塩基を中和して塩を生成することです。 例は、塩酸と水酸化ナトリウム（NaOH）の反応による塩化ナトリウムと水（H 2 O）の生成です。H3 O + Cl-+ Na + OH-→Na + Cl-+ H 2O。アレニウスの理論に従って、塩酸によって提供されるH +イオンは水酸化ナトリウムによって提供されるOH-イオンと結合して水を生成し、Na +およびCl-イオンは結合して塩を生成します。 ただし、アレニウスの酸と塩基の定義に適合しない化合物間でも同様の反応が発生する可能性があります。 たとえば、気体の塩化水素は気体のアンモニアと反応して塩塩化アンモニウムを形成できます：HCl + NH 3 →NH 4 + Cl-。 2つの化合物が結合して塩を形成しましたが、それらは溶液中にないため、H +またはOH-イオンが存在しないため、アレニウスによれば、反応物は酸および塩基として認められません。
1923年、2人の化学者、Johaness BronstedとThomas Lowryが独自に新しい定義を思いつきました。 彼らは、酸がプロトン供与体であり、塩基がプロトン受容体であることを示唆した。 酸塩基反応では、酸はプロトンまたはH +イオンを塩基に提供します。 ただし、どちらの反応物も溶液中に存在する必要はなく、H +またはOH-イオンが反応前に実際に存在します。 この定義には、すべてのアレニウスの酸と塩基が含まれますが、酸塩基反応としての気体塩化水素とアンモニアの組み合わせについても説明します。共有塩化水素は、アンモニアにプロトンを提供し、アンモニウム（NH 4 + ）イオンを形成しますCl-イオンとイオン性化合物を形成します。
アメリカの化学者ギルバートN.ルイスも、1923年に、それぞれ電子対アクセプターとドナーとしての酸と塩基の拡張概念を提案しました。 この定義により、酸塩基反応には、配位結合（共有電子が両方とも同じ原子に由来する共有結合）と、塩基に由来する電子とを形成する反応物が含まれます。 上記のHCl–NaOH反応では、HClによって提供されるH +イオンは、NaOHによって提供されるOH-イオンから電子対を受け取り、水を形成します。
したがって、この理論によれば、ルイス塩基は、結合に利用可能な非結合電子対を持つ化合物です。 ルイス酸構造は、ルイス塩基と配位結合を形成することにより安定した配置を達成できるようなものです。 塩基は、水酸化物イオンを含む必要もプロトンを受け入れる必要もありません。また、ルイス酸は水素を含む必要も、プロトンを供与する必要もありません。 ルイス酸の定義には、すべてのアレニウスおよびブレンステッドローリーの酸と、ブレンステッドローリーまたはアレニウスの基準を満たさない多くの物質が含まれます。
そのような物質の良い例は、三フッ化ホウ素（BF 3 ）です。 この化合物では、通常外殻に3つの電子を持つホウ素が共有結合を形成し、3つのフッ素原子のそれぞれと電子対を共有します。 この化合物は安定していますが、その外殻にはさらに2つの電子の余地があります。 したがって、電子対供与体、つまり塩基と配位結合を形成できます。
たとえば、窒素の外殻にある5つの電子のうち3つが3つの水素原子と共有結合しているため、アンモニア（NH 3 ）と結合できます。 したがって、三フッ化ホウ素とアンモニアの組み合わせは次のとおりです。BF 3 +：NH 3 →BF 3 ：NH 3 —「：」はアンモニアの窒素原子からの電子対を表します。 したがって、三フッ化ホウ素はルイス酸として、アンモニアは塩基として振る舞います。