15.14: Lewis-Säuren und -Basen

Im Jahr 1923 schlug G. N. Lewis eine verallgemeinerte Definition des Säure-Base-Verhaltens vor, bei der Säuren und Basen durch ihre Fähigkeit identifiziert werden, ein Elektronenpaar aufzunehmen oder abzugeben und eine koordinierte kovalente Bindung zu bilden.

Eine kovalente Koordinatenbindung (oder Dativbindung) tritt auf, wenn eines der Atome in der Bindung beide Bindungselektronen liefert. Eine kovalente Koordinatenbindung tritt beispielsweise auf, wenn sich ein Wassermolekül mit einem Wasserstoffion zu einem Hydroniumion verbindet. Eine kovalente Koordinatenbindung entsteht auch, wenn sich ein Ammoniakmolekül mit einem Wasserstoffion zu einem Ammoniumion verbindet. Beide Gleichungen sind hier dargestellt.

Reaktionen, bei denen sich kovalente Koordinatenbindungen bilden, werden als Lewis-Säure-Base-Chemie klassifiziert. Die Spezies, die das Elektronenpaar abgibt, aus dem die Bindung besteht, ist eine Lewis-Base, die Spezies, die das Elektronenpaar aufnimmt, ist eine Lewis-Säure, und das Produkt der Reaktion ist ein Lewis-Säure-Base-Addukt. Wie die beiden obigen Beispiele zeigen, stellen Brønsted-Lowry-Säure-Base-Reaktionen eine Unterkategorie der Lewis-Säurereaktionen dar, insbesondere solche, bei denen die Säurespezies H⁺ ist. Im Folgenden werden einige Beispiele mit anderen Lewis-Säuren und -Basen beschrieben.

Das Boratom in Bortrifluorid, BF₃, hat nur sechs Elektronen in seiner Valenzschale. Da BF₃ kurz vor dem bevorzugten Oktett liegt, ist es eine sehr gute Lewis-Säure und reagiert mit vielen Lewis-Basen; ein Fluoridion ist die Lewis-Base in dieser Reaktion und spendet eines seiner einzigen Paare:

In der folgenden Reaktion gibt jedes von zwei Ammoniakmolekülen, Lewis-Basen, ein Elektronenpaar an ein Silberion, die Lewis-Säure, ab:

Nichtmetallische Oxide wirken als Lewis-Säuren und reagieren mit Oxidionen, Lewis-Basen, zu Oxyanionen:

Viele Lewis-Säure-Base-Reaktionen sind Verdrängungsreaktionen, bei denen eine Lewis-Base eine andere Lewis-Base aus einem Säure-Base-Addukt verdrängt, oder bei denen eine Lewis-Säure eine andere Lewis-Säure verdrängt:

Eine andere Art der Lewis-Säure-Base-Chemie beinhaltet die Bildung eines komplexen Ions (oder eines Koordinationskomplexes), das aus einem zentralen Atom besteht, typischerweise ein Übergangsmetallkation, das von Ionen oder Molekülen, den sogenannten Liganden, umgeben ist. Bei diesen Liganden kann es sich um neutrale Moleküle wie H₂O oder NH₃ oder Ionen wie CN ^– oder OH ^– handeln. Oft fungieren die Liganden als Lewis-Basen und geben ein Elektronenpaar an das Zentralatom ab.

Dieser Text wurde übernommen von Openstax, Chemie 2e, Abschnitt 15.2: Lewis-Säuren und Basen.