Zuren en basen

De Lewis-definities van zuren en basen

In 1923 stelde GN Lewis een andere manier voor om naar de reactie tussen H + en OH-ionen te kijken . In het Brnsted-model is het OH-ion de actieve soort in deze reactie het accepteert een H + -ion om een covalente binding te vormen. In het Lewis-model is het H + -ion de actieve soort die een paar elektronen van het OH-ion accepteert om een ovalente binding te vormen.

In de Lewis theorie van zuur-base-reacties, basen doneren elektronenparen en zuren accepteren elektronenparen. Een Lewis-zuur is daarom elke stof, zoals het H + -ion, die een paar niet-bindende elektronen kan accepteren. Met andere woorden, aLewis-zuur is een elektronenpaaracceptor. Een Lewis-base is elke stof, zoals het OH-ion, die een paar niet-bindende elektronen kan doneren. Een Lewis-base is daarom een elektronenpaardonor.

Een voordeel van de Lewis-theorie is de manier waarop ze het model van oxidatie-reductiereacties aanvult. Oxidatie-reductiereacties omvatten een overdracht van elektronen van het ene atoom naar het andere, met een netto verandering in het oxidatiegetal van een of meer atomen.

De Lewis-theorie suggereert dat zuren reageren met basen om een paar elektronen te delen, zonder verandering in de oxidatiegetallen van welke atomen dan ook. Veel chemische reacties kunnen in een van deze klassen worden onderverdeeld. Ofwel worden elektronen overgedragen van het ene atoom naar het andere, of de atomen komen samen om een paar elektronen te delen.

Het belangrijkste voordeel van de Lewis-theorie is de manier waarop ite het aantal zuren uitbreidt en dus het aantal zuur-basereacties . In de Lewis-theorie is een zuur elk ion of molecuul dat een paar niet-bindende valentie-elektronen kan accepteren. In het voorgaande deel hebben we geconcludeerd dat Al3 + -ionen zich vormen aan zes watermoleculen om een complex ion te geven.

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

Dit is een voorbeeld van een Lewis-zuur-base-reactie. De Lewis-structuur van water suggereert dat dit molecuul niet-bindende paren valentie-elektronen heeft en daarom als een Lewis-base kan werken. De elektronenconfiguratie van het Al3 + -ion suggereert dat dit ion lege 3s, 3p en 3dorbitals heeft die kunnen worden gebruikt om paren niet-bindende elektronen vast te houden. door naburige watermoleculen.

Al3 + = 3s0 3p03d0

Het Al (H2O) 63+ -ion wordt dus gevormd wanneer een Al3 + -ion dat werkt als een Lewis-zuur zes paar elektronen oppikt van naburige watermoleculen die werken als Lewis-basen om een zuur-base-complex of teint te geven.

De Lewis-zuur-base-theroy verklaart waarom BF3 reageert met ammoniak. BF3 is een trigonaal-planair molecuul omdat elektronen slechts op drie plaatsen in de valentieschil van het booratoom kunnen worden gevonden. Als resultaat wordt het booratoom geshybridiseerd, waardoor een lege 2pzorbital op het booratoom achterblijft. BF3 kan daarom fungeren als een elektronenpaaracceptor of Lewis-zuur. Het kan de lege 2pzorbital gebruiken om een paar niet-bindende elektronen uit een Lewisbase op te pikken om een covalente binding te vormen. BF3 reageert daarom met Lewis-basen zoals NH3 om zuur-base-complexen te vormen waarin alle atomen een gevulde schil van valentie-elektronen hebben, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.

De Lewis zuur-base-theorie kan ook worden gebruikt om uit te leggen waarom metaaloxiden zoals CO2 in water oplossen in formzuren, zoals als koolzuur H2CO3.

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

In de loop van deze reactie , fungeert het watermolecuul als een donor van een elektronenpaar, of Lewis-base. De elektronenpaaracceptor is het koolstofatoom in CO2. Wanneer het koolstofatoom een paar elektronen oppikt van het watermolecuul, hoeft het niet langer dubbele bindingen te vormen met de beide andere zuurstofatomen, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding

Een van de zuurstofatomen in het tussenproduct dat wordt gevormd wanneer water aan CO2 wordt toegevoegd, heeft een positieve lading; een ander heeft een negatieve lading. Nadat een H + -ion is overgebracht van een van deze zuurstofatomen naar de andere, zijn alle zuurstofatomen in de verbinding elektrisch neutraal. Het netto resultaat van de reactie tussen CO2 en water is daarom koolzuur, H2CO3.