Co to jest kwas Lewisa?

Termin Lewis Acid pochodzi od amerykańskiego chemika Gilberta N. Lewisa. Pierwsi chemicy rozpoznali kwas za substancję o kwaśnym smaku, który reaguje z niektórymi metaliami i neutralizuje zasady lub alkali, wytwarzając sól. Jednak od końca XIX wieku podjęto próby definiowania kwasów i zasad w bardziej rygorystyczny sposób, który wyjaśnia, co faktycznie dzieje się w reakcji kwasowej. Lewisa jest najszerszą definicją.

W 1883 r. Szwedzki chemik Svante Arrhenius zdefiniował kwas jako substancję tworzącą jony wodoru (h +) w roztworze wodnym i podstawę jako substancję tworzącą wodorotlenkowym (OH ). Jony H ⁺ - które są po prostu protonami - są zbyt reaktywne, aby istnieć w wodnym roztworze i wiążą się z cząsteczkami wody z utworzeniem jonów hydronium (H o +). Definicja Arrheniusa okazała się bardzo przydatna i obejmuje większość związków powszechnie uważanych za kwasy. Na przykład kwas solny,Roztwór chlorku wodoru gazowego w wodzie zapewnia jony H ⁺ , które tworzą jony hydronowe w roztworze: HCl + H _{2 o → H}

Definiującą cechą wszystkich kwasów polega na tym, że neutralizują zasady w celu wytwarzania soli. Przykładem jest reakcja kwasu sodowego z wodorotlenkiem sodu (NaOH) w celu wytworzenia chlorku sodu i wody (H _{2 o): H 3 o + cl -+na + oh - → Na ⁺ cl ^{- + H 2 o. Tutaj jony H + dostarczone przez kwas chlorowodorowy połączyły się z jonami OH - dostarczonymi przez wodorotlenek sodu w celu wytwarzania wody, podczas gdy jony Na + i CL - zwolenniły do ​​wytworzenia soli, w przypadku ARRHeni.Teoria USA; Jednak podobne reakcje mogą wystąpić między związkami, które nie pasują do definicji kwasów i zasad Arrheniusa. Na przykład, gazowy chlorek wodoru może reagować z amoniakiem gazowym, tworząc chlorek amonu solnego: HCl + NH 3 → NH + cl -. Dwa związki połączyły się, aby utworzyć sól, ale ponieważ nie są w roztworze, nie ma H + ani OH - obecne, więc reaganty nie kwalifikują się jako kwas i podstawa według Arrheniusa.}}

W 1923 r. Dwóch chemików - Johaness Bronsted i Thomas Lowry - niezależnie wymyślili nową definicję. Zasugerowali, że kwas był dawcą protonu i podstawą akceptorem protonu. W reakcji kwasowo-zasadowej kwas dostarcza protonowi lub jonowi H ⁺; Jednak żaden reagent nie musi być w roztworze, z jonami H ^{+ lub OH - faktycznie przed reakcją. Ta definicja obejmuje wszystkie kwasy i podstawy Arrheniusa,ale wyjaśnia także łączenie gazowego chlorku wodoru i amoniaku jako reakcji kwasowo-zasadowej: kowalencyjny chlorek wodoru dostarczył protonowi amoniaku, tworząc jon amoniowy (NH ₄ +), który tworzy związek jonowy z Cl .}

).

Amerykański chemik Gilbert N. Lewis zasugerował również odpowiednio rozszerzoną koncepcję kwasów i zasad jako akceptorów par elektronów i dawców. Zgodnie z tą definicją reakcja kwasowo-zasadowa obejmuje reagenty tworzące wiązanie koordynacyjne-kowalencyjne wiązanie, w którym oba wspólne elektrony pochodzą z tego samego atomu-z elektronami pochodzącymi z podstawy. W opisanej powyżej reakcji HCl-NaOH, jon H ^{+ dostarczony przez HCl akceptuje parę elektronów z jonu OH - dostarczonego przez NaOH w celu utworzenia wody.}

Zgodnie z tą teorią podstawą Lewisa jest związek, który ma niezwiązaną parę elektronów dostępną do wiązania. Struktura kwasu Lewisa jest takaże może osiągnąć stabilną konfigurację, tworząc koordynowane wiązanie z bazą Lewisa. Podstawy nie muszą zawierać jonów wodorotlenkowych ani akceptować protonów, a kwas Lewisa nie musi zawierać wodoru ani przekazywania protonów. Definicja kwasu Lewisa obejmuje wszystkie kwasy Arrheniusa i Bronsteda, a także wiele substancji, które nie spełniają kryteriów Bronsteda-Lowry lub Arrheniusa.

Dobrym przykładem takiej substancji jest trifluorek boru (BF _{3 ). W tym związku bor, który zwykle ma trzy elektrony w zewnętrznej skorupce, utworzył wiązania kowalencyjne, dzieląc parę elektronów z każdym z trzech atomów fluorowych. Chociaż związek jest stabilny, ma miejsce na dwa więcej elektronów w zewnętrznej skorupce. Może zatem tworzyć wiązanie koordynacyjne z dawcą pary elektronów-innymi słowy, podstawa.}

na przykład może łączyć się z amoniakiem (NH 3 ), który ma atom azotu z niezwiązaną parą elektronów, ponieważ trzy z pięciu elektronów w zewnętrznej powładzie azotu znajdują sięwiązania kowalencyjne z trzema atomami wodoru. Połączenie trifluorku boru i amoniaku jest zatem następujące: BF 3 +: NH 3 → Bf 3 : NH 3 - „:” reprezentuje parę elektronów z atomu azotu amoniaku. Trifluorek boru zachowuje się zatem jako kwas Lewisa i amoniak jako podstawa.