Hva er en Lewis -syre?

Begrepet Lewis -syre er oppkalt etter den amerikanske kjemikeren Gilbert N. Lewis. Tidlige kjemikere gjenkjente en syre som et stoff med en sur smak som reagerer med noen metaller og som nøytraliserer baser, eller alkalier, og produserer et salt. Siden slutten av 1800-tallet er det imidlertid gjort forsøk på å definere syrer og baser på en strengere måte, og en som forklarer hva som faktisk skjer i en syre-base-reaksjon. Lewis's er den bredeste definisjonen.

I 1883 definerte den svenske kjemikeren Svante Arrhenius en syre som et stoff som danner hydrogenioner (h ^{+) i vandig løsning, og et base som et stoff som danner hydroxide (Oh -}). H ^{+ -ionene - som ganske enkelt er protoner - er for reaktive til å eksistere i en vandig løsning, og assosieres med vannmolekyler til å danne hydronium (H _{3 O +) -ioner. Arrhenius definisjon viste seg å være veldig nyttig og dekker de fleste forbindelsene som ofte blir sett på som syrer. For eksempel saltsyre,En løsning av gasshydrogenklorid i vann, gir H + ioner som danner hydroniumioner i løsning: HCl + H 2 O → H 3 O + + Cl -. Denne definisjonen forble standarden til langt ut på 1900 -tallet og brukes fremdeles ofte i dag.}}

Et avgjørende kjennetegn ved alle syrer er at de nøytraliserer baser for å produsere salter. Et eksempel er reaksjonen av saltsyre med natriumhydroksyd (NaOH) for å produsere natriumklorid og vann (H 2 O): H _{3 + H 2 O. Her har h ^{+ ioner levert av saltsyren kombinert med OH - ioner levert av natriumhydroksydet for å produsere vann, mens Na + og Cl - ioner har kombinert for å produsere salt, i samsvar med arrheniiiUSAs teori; Lignende reaksjoner kan imidlertid oppstå mellom forbindelser som ikke passer til Arrhenius -definisjonene av syrer og baser. For eksempel kan gassformig hydrogenklorid reagere med gassformig ammoniakk for å danne salt ammoniumklorid: HCl + NH 3 → NH 4 + Cl -. To forbindelser har kombinert for å danne et salt, men siden de ikke er i løsning, er det ingen H + eller Oh - ioner til stede, så reaktantene kvalifiserer ikke som en syre og en base i henhold til Arrhenius.}}

I 1923 kom to kjemikere - Johaness Bronsted og Thomas Lowry - uavhengig av en ny definisjon. De antydet at en syre var en protondonor og en base en protonakseptor. I en syre-base-reaksjon gir syren et proton, eller H ^{+ ion, til basen; Imidlertid trenger ingen av reaktantene være i løsning, med H + eller Oh - ioner som faktisk er til stede før reaksjonen. Denne definisjonen inkluderer alle arrhenius syrer og baser,men forklarer også kombinasjonen av gassformig hydrogenklorid og ammoniakk som en syre-base-reaksjon: det kovalente hydrogenkloridet har gitt et proton til ammoniakk for å danne et ammonium (NH 4 +) ion.}

Den amerikanske kjemikeren Gilbert N. Lewis foreslo, også i 1923, et utvidet konsept av syrer og baser som henholdsvis elektronparakseptorer og givere. Ved denne definisjonen involverer en syre-basereaksjon reaktantene som danner en koordinatbinding-en kovalent binding der begge de delte elektronene kommer fra det samme atomet-med elektronene som kommer fra basen. I HCl-NaOH-reaksjonen beskrevet ovenfor, aksepterer H ^{+ ion levert av HCl et elektronpar fra OH - ion levert av NaOH for å danne vann.}

I henhold til denne teorien er derfor en Lewis -base en forbindelse som har et ubundet elektronpar tilgjengelig for liming. Lewis -syrestrukturen er slikat den kan oppnå en stabil konfigurasjon ved å danne en koordinatbinding med en Lewis-base. Baser trenger ikke å inneholde hydroksydioner eller akseptere protoner, og en Lewis -syre trenger ikke inneholde hydrogen eller donere protoner. Lewis Acid-definisjonen inkluderer alle Arrhenius og Bronsted-Lowry-syrer, og også mange stoffer som ikke oppfyller Bronsted-Lowry- eller Arrhenius-kriteriene.

Et godt eksempel på et slikt stoff er bor trifluorid (BF _{3 ). I denne forbindelsen har Boron, som normalt har tre elektroner i det ytre skallet, dannet kovalente bindinger, og deler et elektronpar med hvert av de tre fluoratomene. Selv om forbindelsen er stabil, har den plass til to elektroner til i det ytre skallet. Det kan dermed danne en koordinatbinding med en elektronpar-giver-med andre ord, en base.}

For eksempel kan den kombinere med ammoniakk (NH _{3 ), som har et nitrogenatom med et ubundet elektronpar, da tre av de fem elektronene i nitrogens ytre skall er iKovalente bindinger med de tre hydrogenatomene. Kombinasjonen av bor trifluorid og ammoniakk er således som følger: bf 3 +: nh 3 → bf 3 : nh 3 - ":" representerer elektronparet fra ammonias nitrogenatom. Bor trifluorid oppfører seg dermed som en Lewis -syre og ammoniakk som base.}