Syrer og baser

Lewis-definitionerne af syrer og baser

I 1923 foreslog GN Lewis en anden måde at se på reaktionen mellem H + og OH-ioner . I Bronsted-modellen er OH-ionen den aktive art i denne reaktion den accepterer en H + -ion til dannelse af en kovalent binding. I Lewis-modellen er H + -ionen den aktive art, der accepterer et par elektroner fra OH-ionet til dannelse af en akovalent binding.

I Lewis teori om syre-basereaktioner, donerer baser par af elektroner og syrer accepterer par af elektroner. En Lewis-syre er derfor ethvert stof, såsom H + -ionen, der kan acceptere et par ikke-bindende elektroner. Med andre ord er aLewis syre en elektronpar acceptor. En Lewis-base er ethvert stof, såsom OH-ion, der kan donere et par ikke-bindende elektroner. En Lewis-base er derfor en elektronpardonor.

En fordel ved Lewis-teorien er den måde, den supplerer modellen af oxidationsreduktionsreaktioner. Oxidationsreduktionsreaktioner involverer en overførsel af elektroner fra et atom til et andet, med en nettoændring i oxidationsnummeret på en eller flere kerner.

Lewis-teorien antyder, at syrer reagerer med baser på et delt par af elektroner uden nogen ændring i oxidationstallet for atomer. Mange kemiske reaktioner kan sorteres i en eller anden af disse klasser. Enten overføres elektroner fra oneatom til en anden, eller atomerne mødes for at dele et par elektroner.

Den væsentligste fordel ved Lewis-teorien er den måde, det udvider antallet af syrer og derfor antallet af syre-basereaktioner . I Lewis-teorien er en syre en hvilken som helst ion eller molekyle, der kan acceptere et par ikke-bindende valenselektroner. I det foregående afsnit konkluderede vi, at Al3 + -ioner binder sig til seks vandmolekyler for at give en kompleks ion.

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

Dette er et eksempel på en Lewis-syre-base-reaktion. Lewis-strukturen af vand antyder, at dette molekyle har ikke-bindende par af valenselektroner og derfor kan fungere som en Lewis-base. Elektronkonfigurationen af Al3 + -ionen antyder, at denne ion har tomme 3s, 3p og 3dorbitaler, der kan bruges til at holde par ikke-bindende elektroner af tilstødende vandmolekyler.

Al3 + = 3s0 3p03d0

Således dannes Al (H2O) 63+ ionen, når en Al3 + -ion, der fungerer som en Lewis-syre, opsamler seks par elektroner fra vandmolekyler, der fungerer som Lewis-baser for at give et syrebasekompleks eller en hudfarve.

Lewis-syrebase-teroyen forklarer, hvorfor BF3 reagerer med ammoniak. BF3 er et trigonal-plan molekyle, fordi elektroner kun findes tre steder i boratomets valensskal. Som et resultat bliver boratomet sp2hybridiseret, hvilket efterlader et tomt 2pzorbital på boratomet. BF3 kan derfor fungere som anelektronpar-acceptor eller Lewis-syre. Det kan bruge det tomme 2pzorbital til at samle et par ikke-bindende elektroner fra en Lewisbase for at danne en kovalent binding. BF3 reagerer derfor med Lewis-baser, såsom NH3, til dannelse af syrebasekomplekser, hvor alle atomer har en fyldt skal af valenselektroner, som vist i nedenstående figur.

Lewis-syrebaseteorien kan også bruges til at forklare whynonmetaloxider såsom CO2 opløses i vand til formacids, såsom som kulsyre H2CO3.

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

I løbet af denne reaktion , fungerer vandmolekylet som anelektronpar-donor eller Lewis-base. Elektronparacceptoren er carbonatomet i CO2. Når kulstofatomet henter et par elektroner fra vandmolekylet, behøver det ikke længere at danne dobbeltbindinger med begge de andre iltatomer som vist i nedenstående figur

Et af iltatomerne i mellemproduktet dannes, når vand tilsættes til CO2, har en positiv ladning; en anden bærer en negativ afgift. Efter at en H + -ion er overført fra et af disse iltatomer til den anden, er alle iltatomer i forbindelsen elektrisk neutrale. Nettoresultatet af reaktionen mellem CO2 og vand er derfor kulsyre, H2CO3.