Wat is een Lewis -zuur?
De term Lewis Acid is vernoemd naar de Amerikaanse chemicus Gilbert N. Lewis. Vroege chemici herkenden een zuur als een stof met een zure smaak die reageert met enkele metalen en die bases of alkaliërs neutraliseert, die een zout produceerde. Sinds de late 19e eeuw zijn er echter pogingen gedaan om zuren en basen op een meer rigoureuze manier te definiëren, en een die verklaart wat er eigenlijk gebeurt in een zuur-base reactie. Lewis's is de breedste definitie.
In 1883 definieerde de Zweedse chemicus Svante Arrhenius een zuur als een stof die waterstofionen vormt (H +) in waterige oplossing, en een basis als een substantie die hydroxide vormt (oh -) ions. De H + ionen - die eenvoudig protonen zijn - zijn te reactief om te bestaan in een waterige oplossing en associëren met watermoleculen om hydronium te vormen (H 3 o +) ionen. De definitie van Arrhenius bleek zeer nuttig en bestrijkt de meeste verbindingen die gewoonlijk als zuren worden beschouwd. Bijvoorbeeld zoutzuur,Een oplossing van het gaswaterstofchloride in water, levert H + ionen die hydroniumionen vormen in oplossing: HCl + H 2 o → H 3 o + + cl -. Deze definitie bleef de standaard tot ver in de 20e eeuw en wordt tegenwoordig nog steeds vaak gebruikt.
Een bepalend kenmerk van alle zuren is dat ze bases neutraliseren om zouten te produceren. 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 hebben de h + ionen die worden geleverd door het zoutzuur gecombineerd met de oh - ionen geleverd door de natriumhydroxide om water te produceren, terwijl de Na + en cl - ionen hebben gecombineerd om zout te produceren.Amerikaanse theorie; Soortgelijke reacties kunnen echter optreden tussen verbindingen die niet passen bij de Arrhenius -definities van zuren en basen. Gasedy waterstofchloride kan bijvoorbeeld reageren met gasvormige ammoniak om het zout ammoniumchloride te vormen: HCl + NH 3 → NH 4 + cl -. Twee verbindingen hebben gecombineerd om een zout te vormen, maar omdat ze niet in oplossing zijn, zijn er geen h + of oh - ionen aanwezig, dus de reactanten kwalificeren niet als een zuur en een basis volgens Arrhenius.
In 1923 kwamen twee chemici - Johaness Bronsted en Thomas Lowry - onafhankelijk met een nieuwe definitie. Ze suggereerden dat een zuur een protondonor was en een basis van een protonacceptor. In een zuur-base reactie biedt het zuur een proton, of H + ion, aan de basis; Geen van beide reactant hoeft echter in oplossing te zijn, met H + of oh - ionen die daadwerkelijk aanwezig zijn voorafgaand aan de reactie. Deze definitie omvat alle arheniuszuren en basen,maar verklaart ook de combinatie van gasvormige waterstofchloride en ammoniak als een zuur-base reactie: het covalente waterstofchloride heeft een proton op de ammoniak gegeven om een ammonium te vormen (NH 4 +) ion, dat een ionen vormt met de cl -
ion.De Amerikaanse chemicus Gilbert N. Lewis suggereerde, ook in 1923, een uitgebreid concept van zuren en basen als respectievelijk elektronenparen acceptoren en donoren. Volgens deze definitie omvat een zuur-base-reactie de reactanten die een coördinaatbinding vormen-een covalente binding waarbij beide gedeelde elektronen uit hetzelfde atoom komen-waarbij de elektronen uit de basis komen. In de hierboven beschreven HCL-NAOH-reactie accepteert het H + ion dat wordt geleverd door de HCl een elektronpaar van het oh - ion geleverd door de NaOH om water te vormen.
Volgens deze theorie is een Lewis -basis daarom een verbinding met een onbeperkte elektronenpaar die beschikbaar is voor binding. De Lewis -zuurstructuur is zodat het een stabiele configuratie kan bereiken door een coördinaatbinding te vormen met een Lewis-basis. Bases hoeven geen hydroxide -ionen te bevatten of protonen te accepteren, en een Lewis -zuur hoeft geen waterstof te bevatten of protonen te doneren. De Lewis Acid Definitie omvat alle Arrhenius en Bronsted-Lowry-zuren en ook veel stoffen die niet voldoen aan de Bronsted-Lowry of Arrhenius-criteria.
Een goed voorbeeld van een dergelijke stof is boor trifluoride (BF 3 ). In deze verbinding heeft boor, die normaal drie elektronen in zijn buitenste schaal heeft, covalente bindingen gevormd en een elektronpaar gedeeld met elk van de drie fluoratomen. Hoewel de verbinding stabiel is, heeft het ruimte voor nog twee elektronen in de buitenste schaal. Het kan dus een coördinaatbinding vormen met een donor van elektronenparen-met andere woorden, een basis.
Het kan bijvoorbeeld combineren met ammoniak (NH 3 ), dat een stikstofatoom heeft met een niet -gebonden elektronenpaar, omdat drie van de vijf elektronen in de buitenste schaal van de stikstof binnen zijnCovalente bindingen met de drie waterstofatomen. De combinatie van boor trifluoride en ammoniak is dus als volgt: BF 3 +: NH 3 → BF 3 : NH 3 - Het ":" vertegenwoordigt het elektronpaar uit het stikstof van de ammonianen. Boron trifluoride gedraagt zich dus als een Lewis -zuur en ammoniak als basis.