酸と塩基

酸と塩基のルイス定義

1923年、GNルイスはH +とOH-イオン間の反応を調べる別の方法を提案しました。 。 Brnstedモデルでは、OH-イオンはこの反応の活性種であり H +イオンを受け入れて共有結合を形成します。ルイスモデルでは、H +イオンは活性種であり、OH-イオンから電子対を受容して共有結合を形成します。

ルイスで酸塩基反応の理論では、塩基は電子対を提供し、酸は電子対を受け入れます。したがって、ルイス酸は、H +イオンなど、非結合性電子のペアを受け入れることができる任意の物質です。言い換えれば、aLewis酸は電子対受容体です。ルイス塩基は、OH-イオンなど、非結合性電子のペアを提供できる物質です。したがって、ルイス塩基は電子対供与体です。

ルイス理論の利点の1つは、酸化還元反応のモデルを補完する方法です。酸化還元反応は、1つまたは複数の原子の酸化数の正味の変化を伴う、1つの原子から別の原子への電子の移動を伴います。

ルイス理論は、酸が塩基と反応して電子のペアを共有し、どの原子の酸化数も変化しないことを示唆しています。多くの化学反応は、これらのクラスのいずれかに分類できます。電子が1つの原子から別の原子に移動するか、原子が集まって1対の電子を共有します。

ルイス理論の主な利点は、酸の数、つまり酸塩基反応の数を増やす方法です。 。ルイス理論では、酸は非結合性の価電子のペアを受け入れることができる任意のイオンまたは分子です。前のセクションでは、Al3 +イオンが6つの水分子に結合して、複雑なイオンを生成すると結論付けました。

Al3 +（aq）+ 6 H2O（l） Al（H2O）63 +（aq）

これはルイス酸-塩基反応の例です。水のルイス構造は、この分子が原子価電子の非結合ペアを持っているため、ルイス塩基として機能できることを示唆しています.Al3 +イオンの電子配置は、このイオンが空の3s、3p、および3ドルビタルを持ち、非結合電子供与のペアを保持するために使用できることを示唆しています

Al3 + = 3s0 3p03d0

したがって、ルイス酸として作用するAl3 +イオンが、隣接する水分子から6対の電子を拾うと、Al（H2O）63+イオンが形成されます。ルイス塩基として作用して酸-塩基複合体または顔色を与える水分子。

ルイス酸-塩基理論は、BF3がアンモニアと反応する理由を説明しています。 BF3は、電子がホウ素原子の原子価殻の3か所にしか見られないため、三角形平面分子です。その結果、ホウ素原子はsp2hybridizedされ、ホウ素原子上に空の2pzorbitalが残ります。したがって、BF3は電子対受容体またはルイス酸として機能することができます。空の2pzorbitalを使用して、ルイス塩基から非結合性電子のペアをピックアップし、共有結合を形成することができます。したがって、BF3は、NH3などのルイス塩基と反応して酸塩基錯体を形成します。この錯体では、次の図に示すように、すべての原子が原子価電子の殻を満たしています。

ルイス酸塩基理論は、CO2などの非金属酸化物が水に溶解して酸を形成する理由を説明するためにも使用できます。炭酸H2CO3として。

CO2（g）+ H2O（l） H2CO3（aq）

この反応の過程で、水分子は電子対ドナー、またはルイス塩基として機能します。電子対受容体はCO2の炭素原子です。下の図に示すように、炭素原子が水分子から電子対を拾うと、他の両方の酸素原子と二重結合を形成する必要がなくなります。

CO2に水を加えると形成される中間体の酸素原子の1つは、正の電荷を帯びています。もう1つは負の電荷を帯びています。 H +イオンがこれらの酸素原子の1つから別の酸素原子に移動した後、化合物のすべての酸素原子は電気的に中性になります。したがって、CO2と水の間の反応の最終的な結果は、炭酸、H2CO3です。