Wat is een Lewis zuur?

De term Lewis zuur is vernoemd naar de Amerikaanse chemicus Gilbert Lewis. Vroege chemici erkende een zuur als een stof met een zure smaak die reageert met sommige metalen en dat neutraliseert bases, of logen, het produceren van een zout. Sinds het einde van de 19e eeuw echter, pogingen zijn gedaan om zuren en basen te definiëren in een meer rigoureuze manier, en één waarin wordt uitgelegd wat er werkelijk gebeurt in een zuur-base reactie. Lewis is de breedste definitie.

In 1883, de Zweedse chemicus Svante Arrhenius gedefinieerd een zuur als een stof die waterstofionen (H +) vormt in waterige oplossing, en een base als een stof die hydroxide vormt (OH -) ionen. De H + -ionen - die eenvoudig protonen - te reactief bestaan ​​in een waterige oplossing, en associëren met watermoleculen waterstofionen gevormd (H 3 O +) ionen. Arrhenius's definitie bleek zeer nuttig en omvat het grootste deel van de verbindingen algemeen beschouwd als zuren. Bijvoorbeeld, zoutzuur, een oplossing van het gas waterstofchloride in water, bepaald H + ionen die waterstofionen in oplossing te vormen: HCl + H2O → H 3 O + + Cl -. Deze definitie de norm gebleven tot ver in de 20e eeuw en wordt nog steeds vaak gebruikt vandaag.

Een kenmerk van alle zuren zij neutraliseren basen zouten geven. Een voorbeeld is de reactie van zoutzuur met natriumhydroxide (NaOH) natriumchloride en water te produceren (H2O): H 3 O + Cl - + Na + OH - → Na + Cl - + H2O Hier, de H + -ionen door het zoutzuur hebben gecombineerd met de OH - ionen door het natriumhydroxide om water te produceren, terwijl de Na + en Cl - ionen gecombineerd om zout te produceren, volgens Arrhenius theorie; kan echter vergelijkbaar reacties optreden tussen de verbindingen die niet passen in de Arrhenius definities van zuren en basen. Zo kan gasvormig waterstofchloride reageren met ammoniakgas het zout ammoniumchloride vormen: HCl + NH3NH4 + Cl -. Twee verbindingen gecombineerd om een zout te vormen, maar omdat ze niet in oplossing, er geen H + en OH - ionen, zodat de reactanten niet als een zuur en een base volgens Arrhenius.

In 1923, twee chemici - Johaness Bronsted en Thomas Lowry - onafhankelijk kwam met een nieuwe definitie. Zij stelden een zuur een protondonor en een base een proton acceptor. In een zuur-base reactie, het zuur verschaft een proton of H + ionen, aan de basis; behoeft echter niet reactant in oplossing met H + en OH - ionen daadwerkelijk aanwezig voorafgaand aan de reactie. Deze definitie omvat alle Arrhenius zuren en basen, maar ook verklaart de combinatie van gasvormig waterstof chloride en ammoniak als een zuur-base reactie: de covalente waterstofchloride heeft proton verstrekt aan ammoniak een ammoniumvorm (NH4 +) ionen, die vormt een ionische verbinding met de Cl - ion.

De Amerikaanse chemicus Gilbert Lewis gesuggereerd, ook in 1923, een uitgebreid concept van de zuren en basen als elektronenpaar acceptors en donateurs, respectievelijk. Door deze definitie, een zuur-base reactie omvat de reactanten vormen van een coördinaat binding - een covalente binding waarbij zowel de gedeelde elektronen van dezelfde atoom - met de elektronen afkomstig van de basis. In het HCl-NaOH reactie hierboven beschreven, de H + ionen door het HCl accepteert een elektronenpaar van de OH - ionen die de NaOH vorming van water.

Volgens deze theorie dus een Lewisbase is een verbinding die een ongebonden elektronenpaar beschikbaar voor binding heeft. Het Lewiszuur structuren heeft dat het een stabiele configuratie kan bereiken door het vormen van een coördinaat binding met een Lewis base. Bases hoeven niet hydroxide-ionen bevatten of accepteren protonen, en een Lewis zuur hoeft niet waterstof protonen bevatten of te doneren. Het Lewiszuur definitie alle Arrhenius en Bronsted-Lowry zuren en ook veel stoffen die niet aan de Bronsted-Lowry of Arrhenius criteria.

Een goed voorbeeld van een dergelijke stof is boortrifluoride (BF3). In deze verbinding, borium, die normaliter drie elektronen in de buitenste schil, gevormd covalente bindingen, deelt een elektronenpaar met elk van de drie fluoratomen. Hoewel de verbinding is stabiel, heeft ruimte voor twee elektronen in de buitenste schil. Het kan aldus een coördinatie binding met een elektronenpaar donor - met andere woorden, een base.

Zo kan het met ammonia (NH3), die een stikstofatoom met een ongebonden elektronenpaar heeft drie van de vijf elektronen in de buitenste schil stikstofatoom zijn covalente bindingen met drie waterstofatomen. De combinatie van boortrifluoride en ammoniak is dus: BF3 +: NH3BF3: NH3 - de ":" het elektronenpaar van het stikstofatoom ammoniak. Boriumtrifluoride wordt dus gedragen als een Lewis zuur en ammoniak als base.