Hva er en Lewis syre?

October 23  by Eliza

Begrepet Lewis syre er oppkalt etter den amerikanske kjemikeren Gilbert N. Lewis. Tidlige kjemikere gjenkjent av en syre som en substans med en sur smak som reagerer med visse metaller, og som nøytraliserer baser eller alkalier, produsere et salt. Siden slutten av 19-tallet, men forsøk har vært gjort for å definere syrer og baser i en mer grundig måte, og en som forklarer hva som egentlig skjer i en syre-base-reaksjon. Lewis er den bredeste definisjonen.

I 1883, svensk kjemiker Svante Arrhenius definert en syre som en substans som danner hydrogenioner (H +) i vandig løsning, og en base som en substans som danner hydroksyd (OH) - ioner. I H + ioner - som er rett og slett protoner - er for reaktive til å eksistere i en vandig oppløsning, og forbinder med vannmolekyler under dannelse av hydronium (H 3 O +) ioner. Arrhenius definisjon vist seg svært nyttig og dekker det meste av forbindelsene vanligvis ansett som syrer. For eksempel saltsyre, en oppløsning av gassen hydrogenklorid i vann, gir H + ioner som danner hydronium-ioner i løsning: HCl + H2O → H 3 O + + Cl -. Denne definisjonen forble standard til langt inn i det 20. århundre og er fortsatt mye brukt i dag.

Et særtrekk ved alle syrer er at de nøytraliserer baser for å fremstille salter. Et eksempel er reaksjonen av saltsyre med natriumhydroksyd (NaOH) for å produsere natriumklorid og vann (H2O): H 3 O + Cl - + Na + OH - → Na + Cl - + H 2 O. Her har de H + -ioner som tilbys av saltsyre kombinert med OH - ioner som leveres av natriumhydroksid for å fremstille vannet, mens Na + og Cl - ioner er kombinert for å frembringe salt, i henhold til Arrhenius teori; derimot, kan lignende reaksjoner oppstå mellom forbindelser som ikke passer Arrhenius definisjoner av syrer og baser. For eksempel kan gassformig hydrogenklorid reagere med gassformig ammoniakk for å danne saltet ammoniumklorid: HCl + NH3NH4 + Cl -. To forbindelser har kombinert for å danne et salt, men siden de ikke er i oppløsning, er det ikke noe H + eller OH - ioner til stede, slik at reaksjonskomponentene er ikke kvalifisert som en syre og en base i henhold til Arrhenius.

I 1923, to kjemikere - Johaness Bronsted og Thomas Lowry - uavhengig kom opp med en ny definisjon. De foreslo at en syre var en protondonor og en base for en proton-akseptor. I en syre-base-reaksjon, gir syren et proton, eller H + ioner, til bunnen; imidlertid behøver hverken reaktant være i løsning, idet H + eller OH - ioner som faktisk var tilstede før reaksjonen. Denne definisjonen omfatter alle Arrhenius syrer og baser, men også forklarer kombinasjon av gassformig hydrogenklorid og ammoniakk som en syre-base-reaksjon: den kovalente hydrogenklorid har gitt et proton til ammoniakk for å danne et ammonium (NH4 +) ion, hvor det danner en ionisk forbindelse med Cl - ionet.

Den amerikanske kjemikeren Gilbert N. Lewis foreslo, også i 1923, et utvidet begrep av syrer og baser som elektron par acceptors og givere, henholdsvis. Etter denne definisjonen, innebærer en syre-base reaksjon reaktantenes danner en koordinat obligasjon - en kovalent binding der både de delte elektronene kommer fra samme atom - med elektronene kommer fra basen. I HCl-NaOH-reaksjonen beskrevet ovenfor, idet H + ion gitt av HCl aksepterer et elektron-par fra OH - ioner leveres av NaOH for å danne vann.

I henhold til denne teorien, er derfor en Lewis-base av en forbindelse som har en ikke-bundet elektron-par er tilgjengelig for binding. Den Lewis-syre struktur er slik at den kan oppnå en stabil form ved å danne en koordinat binding med en Lewis-base. Baser behøver ikke inneholder hydroksydioner eller akseptere protoner, og en Lewis-syre, behøver ikke å inneholde hydrogen eller donere protoner. Lewis syre Definisjonen omfatter alle Arrhenius og Bronsted-Lowry syrer og også mange stoffer som ikke oppfyller Bronsted-Lowry eller Arrhenius kriterier.

Et godt eksempel på et slikt stoff er bortrifluorid (BF3). I denne forbindelse, bor, som normalt har tre elektroner i sitt ytre skall, har dannet kovalente bindinger, deling av en elektron-par med hver av de tre fluoratomer. Selv om forbindelsen er stabil, har det plass til to flere elektroner i sitt ytre skall. Det kan således danne en koordinat binding med en elektrondonor paret - med andre ord, en base.

For eksempel kan den kombineres med ammoniakk (NH3), som har et nitrogenatom med en ikke-bundet elektron-par, som tre av de fem elektroner i nitrogen ytre skall er i kovalente bindinger med tre hydrogenatomer. Kombinasjonen av bortrifluorid og ammoniakk er således som følger: BF3 +: NH3 → BF 3: NH3 - den ":" representerer elektronparet fra ammoniakk nitrogenatom. Bortrifluorid således oppfører seg som en Lewis-syre og ammoniakk som base.