루이스 산이 란?
Lewis 산이라는 용어는 미국 화학자 Gilbert N. Lewis의 이름을 따서 명명되었습니다. 초기 화학자들은 산을 신맛이 나는 물질로 인식하여 일부 금속과 반응하고 염기 또는 알칼리를 중화시켜 염을 생성합니다. 그러나 19 세기 후반부터 산과 염기를보다 엄격한 방식으로 정의하려는 시도와 실제로 산-염기 반응에서 일어나는 일을 설명하는 시도가있었습니다. 루이스는 가장 넓은 정의입니다.
1883 년 스웨덴의 화학자 Svante Arrhenius는 산을 수용액에서 수소 이온 (H + )을 형성하는 물질로 정의하고 염기는 수산화물 (OH-) 이온을 형성하는 물질로 정의했습니다. 간단히 양성자 인 H + 이온은 수용액에 존재하기에는 너무 반응성이 높고 물 분자와 결합하여 히드로 늄 (H 3 O + ) 이온을 형성합니다. Arrhenius의 정의는 매우 유용하며 일반적으로 산으로 간주되는 대부분의 화합물을 포괄합니다. 예를 들어, 물에서 염화수소 가스의 용액 인 염산은 HCl + H 2 O → H 3 O + + Cl-용액에서 하이드로 늄 이온을 형성하는 H + 이온을 제공합니다. 이 정의는 20 세기까지 표준으로 유지되었으며 오늘날에도 여전히 자주 사용됩니다.
모든 산의 특징은 염기를 중화시켜 염을 생성한다는 것입니다. 염산과 수산화 나트륨 (NaOH)과의 반응으로 염화나트륨과 물 (H 2 O)을 생성합니다. H 3 O + Cl-+ Na + OH-→ Na + Cl-+ H 2O 염산에 의해 제공된 H + 이온은 수산화 나트륨에 의해 제공된 OH-이온과 결합하여 물을 생성하는 반면, Na + 및 Cl-이온은 Arrhenius의 이론에 따라 염을 생성하기 위해 결합되었다; 그러나, 산 및 염기의 Arrhenius 정의에 맞지 않는 화합물간에 유사한 반응이 일어날 수있다. 예를 들어, 기체 염화수소는 기체 암모니아와 반응하여 염 암모늄 클로라이드를 형성 할 수있다 : HCl + NH 3 → NH 4 + Cl-. 두 화합물이 결합하여 염을 형성하지만 용액에 존재하지 않기 때문에 H + 또는 OH-이온이 없으므로 반응물은 Arrhenius에 따라 산 및 염기로 적합하지 않습니다.
1923 년에 두 명의 화학자 인 Johaness Bronsted와 Thomas Lowry가 독립적으로 새로운 정의를 내놓았습니다. 그들은 산이 양성자 공여체이고 염기가 양성자 수용체라고 제안했다. 산-염기 반응에서, 산은 염기에 양성자 또는 H + 이온을 제공하고; 그러나, 반응 이전에 H + 또는 OH-이온이 실제로 존재하는 반응물은 용액에 존재할 필요가 없다. 이 정의에는 모든 Arrhenius 산 및 염기가 포함되지만, 산-염기 반응으로서 기체 염화수소와 암모니아의 결합을 설명합니다 : 공유 염화수소는 암모니아에 양성자를 제공하여 암모늄 (NH 4 + ) 이온을 형성합니다. Cl- 이온과 이온 성 화합물을 형성한다.
미국의 화학자 길버트 루이스 (Gilbert N. Lewis)는 1923 년에도 전자쌍 수용체와 공여체로서 각각 산과 염기의 확장 된 개념을 제안했다. 이러한 정의에 의해, 산-염기 반응은 공유 결합이 형성되고, 공유 된 두 전자가 모두 같은 원자에서 나오는 공유 결합 인 염기 결합을 형성하는 반응물과 관련된다. 전술 한 HCl-NaOH 반응에서, HCl에 의해 제공된 H + 이온은 물을 형성하기 위해 NaOH에 의해 제공된 OH-이온으로부터 전자쌍을 받아 들인다.
따라서,이 이론에 따르면, 루이스 염기는 결합에 이용 가능한 비 결합 전자쌍을 갖는 화합물이다. 루이스 산 구조는 루이스 염기와 배위 결합을 형성함으로써 안정한 구성을 달성 할 수 있도록한다. 염기는 수산화물 이온을 함유하거나 양성자를 수용 할 필요가없고, 루이스 산은 수소를 함유하거나 양성자를 제공 할 필요가 없다. 루이스 산 정의에는 모든 Arrhenius 및 Bronsted-Lowry 산과 Bronsted-Lowry 또는 Arrhenius 기준을 충족하지 않는 많은 물질이 포함됩니다.
그러한 물질의 좋은 예는 삼 불화 붕소 (BF 3 )이다. 이 화합물에서, 일반적으로 외부 쉘에 3 개의 전자를 갖는 붕소는 공유 결합을 형성하여 3 개의 불소 원자 각각과 전자 쌍을 공유한다. 화합물은 안정적이지만, 외부 쉘에 2 개 이상의 전자를위한 공간이있다. 따라서 전자쌍 공여체, 즉 염기와 배위 결합을 형성 할 수 있습니다.
예를 들어, 질소 외부 쉘에있는 5 개의 전자 중 3 개가 3 개의 수소 원자와 공유 결합하기 때문에 결합되지 않은 전자 쌍을 갖는 질소 원자를 갖는 암모니아 (NH 3 )와 결합 할 수 있습니다. 삼 불화 붕소와 암모니아의 조합은 다음과 같다 : BF 3 + : NH 3 → BF 3 : NH 3- ":"는 암모니아의 질소 원자로부터의 전자쌍을 나타낸다. 삼 불화 붕소는 따라서 루이스 산으로서 작용하고 암모니아는 염기로서 작용한다.