Hapot ja emäkset

Happojen ja emästen Lewis-määritelmät

Vuonna 1923 GN Lewis ehdotti toista tapaa tarkastella H +- ja OH- ionien välistä hoitoa . Brnsted-mallissa OH-ioni on aktiivinen laji tässä reaktiossa se hyväksyy H + -ionin muodostamaan kovalenttisen sidoksen. Lewis-mallissa H + -ioni on aktiivinen laji, joka hyväksyy elektroniparin OH-ionista muodostamaan akovalenttisen sidoksen.

Lewisissa happo-emäs-reaktioiden teoria, emäkset luovuttavat elektronipareja ja hapot hyväksyvät elektronipareja. Lewis acidis on siis mikä tahansa aine, kuten H + -ioni, joka voi hyväksyä sitoutumattomien elektronien parin. Toisin sanoen aLewisin happo on elektroni-parin vastaanottaja. Lewis-pohja on mikä tahansa aine, kuten OH-ioni, joka voi luovuttaa sitoutumattomien elektroniparien. Lewis-emäs on siis elektroni-pairdonori.

Yksi Lewis-teorian etu on tapa, jolla se täydentää hapetus-pelkistysreaktioiden mallia. Hapettumis-pelkistysreaktiot käsittävät elektronien siirtymisen yhdestä atomista toiseen, jolloin yhden tai useamman hapettumismäärän nettomuutos tapahtuu.

Lewis-teoria ehdottaa, että hapot reagoivat emästen kanssa sharea-elektronipariin muuttumatta minkään atomin hapetusmäärissä. Monet kemialliset reaktiot voidaan lajitella yhteen tai toiseen näistä luokista. Joko elektronit siirtyvät oneatomista toiseen, tai atomit yhdistyvät jakamaan parin elektroneja.

Lewis-teorian pääasiallinen etu on tapa, jolla se laajentaa happojen määrää ja siten happo-emäksisten reaktioiden määrää . Lewis-teoriassa happo on mikä tahansa ioni tai molekyyli, joka voi hyväksyä sitoutumattomia valenssielektroneja. Edellisessä osassa päädyimme siihen, että Al3 + -ionit sitoutuvat kuuteen vesimolekyyliin muodostaen kompleksisen ionin.

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

Tämä on esimerkki Lewisin happo-emäs-reaktiosta. Veden Lewis-rakenne viittaa siihen, että tällä molekyylillä on sitoutumattomia pari valenssielektroneja ja se voi siksi toimia Lewisin emäksenä. Al3 + -ionin elektronikonfiguraatio viittaa siihen, että tällä ionilla on tyhjät 3s, 3p ja 3dorbitaalit, joita voidaan käyttää pitämään sitoutumattomia elektronipareja naapurimaiden vesimolekyylien välityksellä.

Al3 + = 3s0 3p03d0

Siten Al (H2O) 63+ -ioni muodostuu, kun Lewis-happona toimiva Al3 + -ioni poimii kuusi elektroniparia naapurista vesimolekyylit, jotka toimivat Lewis-emäksinä, jolloin saadaan happo-emäs-kompleksi eli ihonväri.

Lewisin happo-emäs-terapia selittää, miksi BF3 reagoi ammoniakin kanssa. BF3 on trigonaalitasoinen molekyyli, koska elektroneja löytyy vain kolmesta paikasta booriatomin kerroksessa. Tämän seurauksena booriatomi sp2hybridisoituu, mikä jättää tyhjän 2pzorbitaalin booriatomiin. BF3 voi siis toimia anelektronipari-akseptorina tai Lewisin happona. Se voi käyttää tyhjää 2pzorbitaalia poimimaan parin sitoutumattomia elektroneja Lewisbaasista kovalenttisen sidoksen muodostamiseksi. Siksi BF3 reagoi Lewis-emästen, kuten NH3: n kanssa muodostaen happo-emäskomplekseja, joissa kaikilla atomeilla on täytetty valenssielektronikuori, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty.

Lewisin happo-emäs-teoriaa voidaan käyttää myös selittämään whynonmetal-oksideja, kuten veteen liukeneva CO2, happamiksi, kuten hiilihappona H2CO3.

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

Tämän reaktion aikana , vesimolekyyli toimii anelektroniparin luovuttajana tai Lewisin emäksenä. Elektronipari-akseptori on hiiliatomi hiilidioksidissa. Kun hiiliatomi poimii elektroniparin vesimolekyylistä, sen ei enää tarvitse muodostaa kaksoissidoksia molempien muiden happiatomien kanssa, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty.

Yksi välituotteen happiatomeista muodostuu, kun vettä lisätään hiilidioksidiin, sisältää positiivisen varauksen; toisella on negatiivinen varaus. Kun H + -ioni on siirretty yhdestä näistä happiatomeista toiseen, kaikki yhdisteen happiatomit ovat sähköisesti neutraaleja. CO2: n ja veden välisen reaktion nettotulos on siis hiilihappo, H2CO3.