Säuren und Basen

Die Lewis-Definitionen von Säuren und Basen

1923 schlug GN Lewis eine andere Sichtweise auf die Reaktion zwischen H + – und OH- -Ionen vor . Im Brnsted-Modell ist das OH-Ion die aktive Spezies in dieser Reaktion. akzeptiert ein H + -Ion, um eine kovalente Bindung zu bilden. Im Lewis-Modell ist das H + -Ion die aktive Spezies, die ein Elektronenpaar vom OH-Ion akzeptiert, um eine kovalente Bindung zu bilden.

Im Lewis Theorie der Säure-Base-Reaktionen, Basen spenden Elektronenpaare und Säuren akzeptieren Elektronenpaare. Eine Lewis-Säure ist daher jede Substanz wie das H + -Ion, die ein Paar nichtbindender Elektronen aufnehmen kann. Mit anderen Worten, aLewis-Säure ist ein Elektronenpaarakzeptor. Eine Lewis-Base ist jede Substanz wie das OH-Ion, die ein Paar nichtbindender Elektronen abgeben kann. Eine Lewis-Base ist daher ein Elektronenpaardonor.

Ein Vorteil der Lewis-Theorie ist die Art und Weise, wie sie das Modell der Oxidations-Reduktions-Reaktionen ergänzt. Oxidations-Reduktions-Reaktionen beinhalten einen Elektronentransfer von einem Atom zu einem anderen, mit einer Nettoveränderung der Oxidationszahl von einem oder mehreren Moreatomen.

Die Lewis-Theorie legt nahe, dass Säuren mit Basen zu einem gemeinsamen Elektronenpaar reagieren, ohne dass sich die Oxidationszahlen aller Atome ändern. Viele chemische Reaktionen können in die eine oder andere dieser Klassen eingeteilt werden. Entweder werden Elektronen von einem auf ein anderes übertragen, oder die Atome kommen zusammen, um ein Elektronenpaar zu teilen.

Der Hauptvorteil der Lewis-Theorie besteht darin, wie sie die Anzahl der Säuren und damit die Anzahl der Säure-Basereaktionen erweitert . In der Lewis-Theorie ist eine Säure ein beliebiges Ion oder Molekül, das ein Paar nichtbindender Valenzelektronen aufnehmen kann. Im vorhergehenden Abschnitt kamen wir zu dem Schluss, dass Al3 + -Ionen Bindungen an sechs Wassermoleküle bilden, um ein komplexes Ion zu ergeben.

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

Dies ist ein Beispiel für eine Lewis-Säure-Base-Reaktion. Die Lewis-Struktur von Wasser legt nahe, dass dieses Molekül nichtbindende Paare von Valenzelektronen aufweist und daher als Lewis-Base fungieren kann. Die Elektronenkonfiguration des Al3 + -Ions legt nahe, dass dieses Ion leere 3s, 3p und 3dorbitale aufweist, die verwendet werden können, um Paare nichtbindender Elektronendonatoren zu halten durch benachbarte Wassermoleküle.

Al3 + = 3s0 3p03d0

Somit wird das Al (H2O) 63+ -Ion gebildet, wenn ein als Lewis-Säure wirkendes Al3 + -Ion sechs Elektronenpaare von benachbarten aufnimmt Wassermoleküle, die als Lewis-Basen wirken und einen Säure-Base-Komplex oder Teint ergeben.

Die Lewis-Säure-Base-Therapie erklärt, warum BF3 mit Ammoniak reagiert. BF3 ist ein trigonal-planares Molekül, da Elektronen nur an drei Stellen in der Valenzschale des Boratoms gefunden werden können. Infolgedessen wird das Boratom sp2hybridisiert, wodurch ein leeres 2pzorbital auf dem Boratom zurückbleibt. BF3 kann daher als Anelektronenpaarakzeptor oder Lewis-Säure wirken. Es kann das leere 2pzorbital verwenden, um ein Paar nichtbindender Elektronen von einer Lewisbase aufzunehmen und eine kovalente Bindung zu bilden. BF3 reagiert daher mit Lewis-Basen wie NH3 unter Bildung von Säure-Basen-Komplexen, in denen alle Atome eine gefüllte Hülle aus Valenzelektronen aufweisen, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Die Lewis-Säure-Base-Theorie kann auch verwendet werden, um Whynonmetaloxide wie CO2 zu erklären, die sich in Wasser zu Formaciden wie z als Kohlensäure H2CO3.

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

Im Verlauf dieser Reaktion Das Wassermolekül wirkt als Anelektronenpaardonor oder Lewis-Base. Der Elektronenpaarakzeptor ist das Kohlenstoffatom in CO2. Wenn das Kohlenstoffatom ein Elektronenpaar aus dem Wassermolekül aufnimmt, muss es keine Doppelbindungen mehr mit den beiden anderen Sauerstoffatomen eingehen, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Eines der Sauerstoffatome im Zwischenprodukt, das bei Zugabe von Wasser zu CO2 gebildet wird, trägt eine positive Ladung; ein anderer trägt eine negative Ladung. Nachdem ein H + -Ion von einem dieser Sauerstoffatome auf das andere übertragen wurde, sind alle Sauerstoffatome in der Verbindung elektrisch neutral. Das Nettoergebnis der Reaktion zwischen CO2 und Wasser ist daher Kohlensäure, H2CO3.