Syror och baser

Lewisdefinitionerna av syror och baser

1923 föreslog GN Lewis ett annat sätt att se på reaktionen mellan H + och OH-joner . I Bronsted-modellen är OH-jonen den aktiva arten i denna reaktion den accepterar en H + -jon för att bilda en kovalent bindning. I Lewis-modellen är H + -jonen den aktiva typen som accepterar ett par elektroner från OH-jonen för att bilda en kovalent bindning.

I Lewis teori om syra-basreaktioner donerar baser par av elektroner och syror accepterar elektronpar. En Lewis-syra är därför vilken substans som helst, såsom H + -jonen, som kan acceptera ett par icke-bindande elektroner. Med andra ord är aLewis-syra en elektronpar-acceptor. En Lewis-bas är vilken substans som helst, som OH-jonen, som kan donera ett par icke-bindande elektroner. En Lewis-bas är därför en elektron-pardonor.

En fördel med Lewis-teorin är hur den kompletterar modellen för oxidationsreduktionsreaktioner. Oxidationsreduktionsreaktioner involverar en överföring av elektroner från en atom till en annan, med en nettoförändring i oxidationsantalet på en eller moreatoms.

Lewis-teorin föreslår att syror reagerar med baser till delpar av elektroner, utan någon förändring i oxidationsantalet hos alla atomer. Många kemiska reaktioner kan sorteras i en eller någon av dessa klasser. Antingen överförs elektroner från oneatom till en annan, eller så samlas atomerna för att dela ett par elektroner.

Den huvudsakliga fördelen med Lewis-teorin är hur det expanderar antalet syror och därmed antalet syrabaserade reaktioner . I Lewis-teorin är en syra vilken som helst jon eller molekyl som kan acceptera ett par icke-bindande valenselektroner. I föregående avsnitt drog vi slutsatsen att Al3 + -joner bildar sig till sex vattenmolekyler för att ge en komplex jon.

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

Detta är ett exempel på en Lewis-syrabasreaktion. Lewis-strukturen av vatten antyder att denna molekyl har icke-bindande par av valenselektroner och därför kan fungera som en Lewis-bas. Elektronkonfigurationen av Al3 + -jonen antyder att denna jon har tomma 3s, 3p och 3dorbitaler som kan användas för att hålla par av icke-bindande elektroner av angränsande vattenmolekyler.

Al3 + = 3s0 3p03d0

Således bildas Al (H2O) 63+ -jonen när en Al3 + -jon som fungerar som en Lewis-syra plockar upp sex par elektroner från vattenmolekyler som fungerar som Lewis-baser för att ge ett syrabas-komplex, eller hy.

Lewis-syrabas-teroyet förklarar varför BF3 reagerar med ammoniak. BF3 är en trigonal-plan molekyl eftersom elektroner bara finns på tre ställen i boratomens valskal. Som ett resultat är boratomen sp2hybridiserad, vilket lämnar en tom 2pzorbital på boratomen. BF3 kan därför fungera som anelektronpar-acceptor eller Lewis-syra. Den kan använda den tomma 2pzorbitalen för att plocka upp ett par icke-bindande elektroner från en Lewisbase för att bilda en kovalent bindning. BF3 reagerar därför med Lewis-baser såsom NH3 för att bilda syrabas-komplex där alla atomer har ett fyllt skal av valenselektroner, som visas i figuren nedan.

Lewis-syrabas-teorin kan också användas för att förklara whynonmetaloxider såsom CO2 upplöses i vatten till formacids, såsom som kolsyra H2CO3.

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

Under denna reaktion , fungerar vattenmolekylen som anelektronpar-donator eller Lewis-bas. Elektronparacceptorn är kolatomen i CO2. När kolatomen plockar upp ett par elektroner från vattenmolekylen behöver den inte längre bilda dubbelbindningar med båda de andra syreatomerna som visas i figuren nedan

En av syreatomerna i mellanprodukten som bildas när vatten tillsätts till CO2 har en positiv laddning; en annan bär en negativ laddning. Efter att en H + -jon har överförts från en av dessa syreatomer till den andra är alla syreatomer i föreningen elektriskt neutrala. Nettoresultatet av reaktionen mellan CO2 och vatten är därför kolsyra, H2CO3.