Lewis-zuren en basen

Het Brønsted-Lowry-model definieert zuren en basen in termen van protonen, waarbij zuren protondonoren zijn en basen protonacceptoren. Daarentegen definieert het Lewis-model zuren en basen in termen van elektronenparen, waarbij Lewiszuren elektronenpaaracceptoren zijn en Lewisbasen elektronenpaardonoren. In een Brønstedzuur, zoals azijnzuur, kan de waterstof ook als een Lewiszuur werken, omdat het een lege orbitaal heeft om elektronen te accepteren die zijn afgestaan vanaf een base, zoals water, die als een Lewisbase fungeren.

Het voordeel van het Lewis-model is dat het wetenschappers in staat stelt om een groter aantal verbindingen als zuren te classificeren, inclusief degene die geen ioniseerbare protonen hebben. Boortrifluoride kan bijvoorbeeld niet als een zuur worden geclassificeerd door het Brønsted-Lowry-model omdat het geen waterstof bevat. Boortrifluoride bezit echter een onvolledig octet met een lege orbitaal dat een elektronenpaar kan accepteren van een Lewisbase, zoals ammoniak, en daarom kan werken als een Lewiszuur.

Het resulterende product gevormd door dergelijke Lewiszuur-base-reacties wordt een Lewiszuur-base-adduct genoemd. Sommige moleculen, zoals kooldioxide, kunnen hun elektronen herschikken om als een Lewiszuur te werken. Bijvoorbeeld, in de reactie tussen water en kooldioxide, beweegt een elektronenpaar van de koolstof-zuurstof pi-binding naar de terminale zuurstof van het kooldioxide.

De resulterende lege orbitaal op het koolstofatoom stelt het in staat om het elektronenpaar van een watermolecuul te accepteren en als een Lewiszuur te werken. Omdat het watermolecuul het elektronenpaar doneert, fungeert het als een Lewisbase. Bij verdere herrangschikking wordt een proton overgebracht van de waterzuurstof naar de terminale zuurstof van het kooldioxide, wat resulteert in de vorming van het koolzuuradduct.

Kleine metaalkationen, zoals Al(III)kunnen opnieuw elektronenparen verkrijgen en als Lewiszuren werken. Al(III)accepteert bijvoorbeeld vrije elektronenparen uit water en vormt hexaaqua-aluminiumionen. Hier doneren watermoleculen elektronenparen en fungeren ze als een Lewisbase.