15.14
布朗斯特-劳里模型用质子来定义 酸和碱,其中酸是质子供体,而碱是质子受体。相反,路易斯模型用电子对来定义 酸和碱,其中 路易斯酸是 电子对受体,而 路易斯碱 是电子对供体。在布朗斯特酸中,像醋酸,氢也可以作为路易斯酸,因为它有 一个空的轨道来接受碱提供的电子,比如水,作为路易斯碱。路易斯模型的优点在于,它允许科学家 将更多的化合物归类为酸 包括 那些没有可电离质子的化合物。例如,三氟化硼不能被布朗斯特-劳里模型 归类为酸,因为它不含 氢。然而,三氟化硼有一个不完整的八位体,它有一个空轨道,可以接受 来自路易斯碱的电子对,比如氨,因此,可以作为一种路易斯酸。由这种路易斯酸碱反应形成的产物 称为路易斯酸碱加合物。有些分子,像二氧化碳,可以重新排列它们的电子以作为路易斯酸。例如,在水和二氧化碳之间的反应中,一个电子对从碳氧 π 键移动 到二氧化碳的末端氧。在碳原子上形成的空轨道使 它能够接受来自水分子的电子对,并充当路易斯酸。当水分子提供电子对时,它起到路易斯碱的作用。在进一步的重排中,质子 从水氧转移到 二氧化碳的末端氧,从而导致碳酸加合物的形成。小的金属阳离子,像 Al(III)可以重新获得电子对并充当路易斯酸。例如,Al(III)从水中接受 孤对电子,并形成六水合铝离子。在这里,水分子提供电子对 并充当路易斯碱。
1923 年, G. N. 路易斯提出了一个 酸-碱 行为的通用定义,其中酸和碱通过接受或捐赠一对电子并形成坐标共价键的能力来识别。
当键中的某个原子同时提供两个键电子时,就会出现坐标系共价键 (或配位键)。 例如,当水分子与氢离子结合形成水合氢离子时,就会出现坐标共价键。 当氨分子与氢离子结合形成铵离子时,也会产生坐标共价键。 这两个方程式都显示在此处。
涉及形成坐标共价键的反应被归类为路易斯 酸-碱 化学。 组成键的电子对的捐赠物种是路易斯碱,接受电子对的物种是路易斯酸,反应的生成物是路易斯 酸-碱 加合物。 如上述两个例子所示, 布朗斯特-劳里 酸-碱 反应代表路易斯酸反应的一个子类别,特别是那些酸类为 H+ 的反应。 下面介绍一些涉及其他路易斯酸和碱的示例。
三氟硼中的硼原子 BF3 在其价壳层中只有六种电子。 由于缺乏首选的八偶体, BF3 是一种非常好的路易斯酸,并与许多路易斯碱发生反应;在这种反应中,氟化离子是路易斯碱,其中一种是孤对:
在以下反应中,两个氨分子 (路易斯碱) 中的每一个向银离子路易斯酸捐献一对电子:
非金属氧化物充当路易斯酸并与氧化物离子路易斯碱发生反应以形成氧化阴离子:
许多路易斯 酸-碱 反应是位移反应,其中一个路易斯碱从 酸-碱 加合物中置换另一个路易斯碱,或者一个路易斯酸置换另一个路易斯酸:
另一种类型的路易斯 酸-碱 化学涉及形成一个错合离子 (或一个协调组合体) ,其中包括一个中心原子,通常是一个过渡金属阳离子,周围有被称为配体的离子或分子。 这些配体可以是中性分子 (如 H2O 或 NH3) ,也可以是离子 (如 CN 或 OH)。 通常,配体充当路易斯碱,向中心原子捐献一对电子。
布朗斯特-劳里模型用质子来定义 酸和碱,其中酸是质子供体,而碱是质子受体。相反,路易斯模型用电子对来定义 酸和碱,其中 路易斯酸是 电子对受体,而 路易斯碱 是电子对供体。在布朗斯特酸中,像醋酸,氢也可以作为路易斯酸,因为它有 一个空的轨道来接受碱提供的电子,比如水,作为路易斯碱。路易斯模型的优点在于,它允许科学家 将更多的化合物归类为酸 包括 那些没有可电离质子的化合物。例如,三氟化硼不能被布朗斯特-劳里模型 归类为酸,因为它不含 氢。然而,三氟化硼有一个不完整的八位体,它有一个空轨道,可以接受 来自路易斯碱的电子对,比如氨,因此,可以作为一种路易斯酸。由这种路易斯酸碱反应形成的产物 称为路易斯酸碱加合物。有些分子,像二氧化碳,可以重新排列它们的电子以作为路易斯酸。例如,在水和二氧化碳之间的反应中,一个电子对从碳氧 π 键移动 到二氧化碳的末端氧。在碳原子上形成的空轨道使 它能够接受来自水分子的电子对,并充当路易斯酸。当水分子提供电子对时,它起到路易斯碱的作用。在进一步的重排中,质子 从水氧转移到 二氧化碳的末端氧,从而导致碳酸加合物的形成。小的金属阳离子,像 Al(III)可以重新获得电子对并充当路易斯酸。例如,Al(III)从水中接受 孤对电子,并形成六水合铝离子。在这里,水分子提供电子对 并充当路易斯碱。
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