Vad är en Lewis -syra?
Termen Lewis Acid är uppkallad efter den amerikanska kemisten Gilbert N. Lewis. Tidiga kemister kände igen en syra som ett ämne med en sur smak som reagerar med vissa metaller och som neutraliserar baser, eller alkalier, vilket producerar ett salt. Sedan slutet av 1800-talet har dock försök gjorts för att definiera syror och baser på ett strängare sätt, och en som förklarar vad som faktiskt händer i en syrasreaktion. Lewis's är den bredaste definitionen.
1883 definierade den svenska kemisten Svante Arrhenius en syra som ett ämne som bildar vätejoner (H +) i vattenlösning och en bas som en substans som bildar hydroxid (OH -) joner. H + jonerna - som helt enkelt är protoner - är för reaktiva för att existera i en vattenlösning och associeras med vattenmolekyler för att bilda hydronium (H 3 O +) joner. Arrhenius definition visade sig vara mycket användbar och täcker de flesta föreningar som vanligtvis betraktas som syror. Till exempel saltsyra,En lösning av gasvätekloriden i vatten ger H + joner som bildar hydroniumjoner i lösning: HCl + H 2 O → H 3 O + + Cl -. Denna definition förblev standarden tills långt in på 1900 -talet och används fortfarande ofta idag.
En avgörande egenskap hos alla syror är att de neutraliserar baser för att producera salter. Ett exempel är reaktionen av saltsyra med natriumhydroxid (NaOH) för att producera natriumklorid och vatten (H 2 O): H 3 o +-+na + oh - 2 o. Här har h + joner som tillhandahålls av saltsyran kombinerat med OH - joner som tillhandahålls av natriumhydroxiden för att producera vatten, medan Na + och Cl - -jonerna har kombinerats för att producera salt, i enlighet med ArrheniiUSA: s teori; Liknande reaktioner kan emellertid uppstå mellan föreningar som inte passar Arrhenius -definitionerna av syror och baser. Till exempel kan gasformigt väteklorid reagera med gasformad ammoniak för att bilda salt ammoniumklorid: HCl + NH 3 → NH 4 + Cl -. Två föreningar har kombinerats för att bilda ett salt, men eftersom de inte är i lösning finns det inga h + eller OH - joner närvarande, så reaktanterna kvalificeras inte som en syra och en bas enligt Arrhenius.
1923 kom två kemister - Johaness Bronsted och Thomas Lowry - självständigt med en ny definition. De föreslog att en syra var en protondonator och en bas en protonacceptor. I en syrasreaktion tillhandahåller syran en proton, eller h + jon, till basen; Varken reaktant behöver emellertid vara i lösning, med H + eller OH - joner som faktiskt finns före reaktionen. Denna definition inkluderar alla Arrhenius -syror och baser,Men förklarar också kombinationen av gasformigt väteklorid och ammoniak som en syrasreaktion: den kovalenta vätekloriden har tillhandahållit en proton till ammoniak för att bilda en ammonium (nH 4 + ion, som bildar en jonisk förening med CL -.
Den amerikanska kemisten Gilbert N. Lewis föreslog, också 1923, ett utökat begrepp av syror och baser som elektronparacceptorer respektive givare. Genom denna definition involverar en syrasreaktion reaktanter som bildar en koordinatbindning-en kovalent bindning där båda de delade elektronerna kommer från samma atom-med elektronerna som kommer från basen. I HCL-NaOH-reaktionen som beskrivs ovan accepterar H + -jon som tillhandahålls av HCl ett elektronpar från OH - jon som tillhandahålls av NaOH för att bilda vatten. Enligt denna teori är därför en Lewis -bas en förening som har ett obundet elektronpar tillgängligt för bindning. Lewis -syrestrukturen är sådanatt den kan uppnå en stabil konfiguration genom att bilda en samordnad bindning med en Lewis-bas. Baser behöver inte innehålla hydroxidjoner eller acceptera protoner, och en Lewis -syra behöver inte innehålla väte eller donera protoner. Lewis Acid-definitionen inkluderar alla Arrhenius och Bronsted-Lowry syror och även många ämnen som inte uppfyller Bronsted-Lowry eller Arrhenius kriterier. Ett bra exempel på ett sådant ämne är Boron Trifluoride (BF 3 ). I denna förening har Boron, som normalt har tre elektroner i sitt yttre skal, bildat kovalenta bindningar och delar ett elektronpar med var och en av de tre fluoratomerna. Även om föreningen är stabil har den plats för ytterligare två elektroner i sitt yttre skal. Det kan således bilda en koordinatbindning med en elektronpar-givare-med andra ord, en bas. till exempel kan den kombineras med ammoniak (NH 3 ), som har en kväveatom med ett obundet elektronpar, eftersom tre av de fem elektronerna i kvävets yttre skal finns iKovalenta bindningar med de tre väteatomerna. Kombinationen av bort trifluorid och ammoniak är således följande: BF 3 +: NH 3 → BF 3 : NH 3 - ":" Representerar elektronparet från Ammonia's Nitrogen Atom. Bor -trifluorid uppför sig således en Lewis -syra och ammoniak som bas.