Kyseliny a zásady

Lewisovy definice kyselin a zásad

V roce 1923 navrhl GN Lewis jiný způsob pohledu na reakci mezi ionty H + a OH- . V modelu Brnsted je iont OH aktivní složkou v této reakci , která přijímá iont H + za vzniku kovalentní vazby. V Lewisově modelu je aktivní iont H +, který přijímá pár elektronů z iontu OH za vzniku akovalentní vazby.

V Lewis teorie acidobazických reakcí, báze darují páry elektronů a kyseliny přijímají páry elektronů. Lewisova kyselina je tedy jakákoli látka, jako je iont H +, která může přijmout pár nevázajících se elektronů. Jinými slovy, aLewisova kyselina je akceptor elektronových párů. Lewisova báze je jakákoli látka, například OH-iont, která může darovat pár nevázaných elektronů. Lewisova báze je tedy elektron-pairdonor.

Jednou z výhod Lewisovy teorie je způsob, jakým doplňuje model oxidačně-redukčních reakcí. Reakce oxidace a redukce zahrnují přenos elektronů z jednoho atomu na jiný, se čistou změnou oxidačního čísla jednoho nebo několika dalších.

Lewisova teorie naznačuje, že kyseliny reagují s bázemi na dvojici elektronů, aniž by došlo ke změně oxidačního počtu atomů. Mnoho chemických reakcí lze rozdělit do jedné nebo dalších z těchto tříd. Buď se elektrony přenášejí z jednoho do druhého, nebo se atomy spojují, aby sdílely dvojici elektronů.

Hlavní výhodou Lewisovy teorie je způsob, jakým rozšiřuje počet kyselin, a proto počet acidobazických reakcí . V Lewisově teorii je kyselina jakýkoli iont nebo molekula, která může přijmout pár nevázaných valenčních elektronů. V předchozí části jsme dospěli k závěru, že ionty Al3 + tvoří vazby na šest molekul vody za vzniku komplexního iontu.

Al3 + (aq) + 6 H2O (l) Al (H2O) 63 + (aq)

Toto je příklad Lewisovy acidobazické reakce. Lewisova struktura vody naznačuje, že tato molekula má nevázané páry valenčních elektronů, a proto může působit jako Lewisova báze. Konfigurace elektronů iontu Al3 + naznačuje, že tento ion má prázdné 3s, 3p a 3dorbitály, které lze použít k držení párů nevázaných elektronů sousedními molekulami vody.

Al3 + = 3s0 3p03d0

Tak se ion Al (H2O) 63+ vytvoří, když ion Al3 + působící jako Lewisova kyselina zachytí šest párů elektronů ze sousedních molekuly vody působící jako Lewisovy báze za vzniku komplexu s kyselinami a bázemi.

Lewisova kyselina s bází vysvětluje, proč BF3 reaguje s amoniakem. BF3 je trigonálně-planární molekula, protože elektrony lze nalézt pouze na třech místech v valenčním obalu atomu boru. Ve výsledku je atom boru sp2hybridizován, což ponechává na atomu boru prázdný 2pzorbitál. BF3 proto může působit jako akceptor anelektronových párů nebo Lewisova kyselina. Může použít prázdný 2pzorbitál k vyzvednutí dvojice nevázajících se elektronů z Lewisovy báze k vytvoření kovalentní vazby. BF3 proto reaguje s Lewisovými bázemi, jako je NH3, za vzniku komplexů kyselina-báze, ve kterých všechny atomy mají vyplněný obal valenčních elektronů, jak je znázorněno na obrázku níže.

Lewisovu acidobazickou teorii lze také použít k vysvětlení, proč se nekovové oxidy, jako je CO2, rozpouští ve vodě za vzniku kyselin, jako kyselina uhličitá H2CO3.

CO2 (g) + H2O (l) H2CO3 (aq)

V průběhu této reakce , molekula vody působí jako donor párů anelektronů nebo Lewisova báze. Akceptor elektronových párů je atom uhlíku v CO2. Když atom uhlíku zachytí pár elektronů z molekuly vody, již nemusí vytvářet dvojné vazby s oběma dalšími atomy kyslíku, jak je znázorněno na obrázku níže

Jeden z atomů kyslíku v meziproduktu, který vznikl přidáním vody do CO2, nese kladný náboj; jiný nese záporný náboj. Poté, co byl iont H + přenesen z jednoho z těchto atomů kyslíku do druhého, jsou všechny atomy kyslíku ve sloučenině elektricky neutrální. Čistým výsledkem reakce mezi CO2 a vodou je tedy kyselina uhličitá, H2CO3.