Kwasy i zasady Lewisa

W 1923 roku G. N. Lewis zaproponował uogólnioną definicję zachowania kwasowo-zasadowego, w której kwasy i zasady są identyfikowane na podstawie ich zdolności do przyjmowania lub oddawania pary elektronów i tworzenia koordynacyjnego wiązania kowalencyjnego.

Współrzędne wiązanie kowalencyjne (lub wiązanie celownikowe) występuje, gdy jeden z atomów w wiązaniu zapewnia oba elektrony wiążące. Na przykład koordynacyjne wiązanie kowalencyjne występuje, gdy cząsteczka wody łączy się z jonem wodorowym, tworząc jon hydroniowy. Koordynacyjne wiązanie kowalencyjne powstaje również, gdy cząsteczka amoniaku łączy się z jonem wodorowym, tworząc jon amonowy. Oba te równania są pokazane tutaj.

Reakcje polegające na tworzeniu koordynacyjnych wiązań kowalencyjnych są klasyfikowane jako chemia kwasowo-zasadowa Lewisa. Gatunkiem dającym parę elektronów, które tworzą wiązanie, jest zasada Lewisa, gatunkiem przyjmującym parę elektronów jest kwas Lewisa, a produktem reakcji jest addukt kwasowo-zasadowy Lewisa. Jak pokazują dwa powyższe przykłady, reakcje kwasowo-zasadowe Brønsteda-Lowry’ego reprezentują podkategorię reakcji kwasowych Lewisa, w szczególności tych, w których formą kwasu jest H⁺. Poniżej opisano kilka przykładów obejmujących inne kwasy i zasady Lewisa.

Atom boru w trifluorku boru, BF₃, ma tylko sześć elektronów w swojej powłoce walencyjnej. Ze względu na brak preferowanego oktetu, BF₃ jest bardzo dobrym kwasem Lewisa i reaguje z wieloma zasadami Lewisa; jon fluorkowy jest zasadą Lewisa w tej reakcji, oddając jedną ze swoich samotnych par:

W poniższej reakcji każda z dwóch cząsteczek amoniaku, zasad Lewisa, przekazuje parę elektronów jonowi srebra, kwasowi Lewisa:

Tlenki niemetali działają jak kwasy Lewisa i reagują z jonami tlenkowymi, zasadami Lewisa, tworząc oksyaniony:

Wiele reakcji kwasowo-zasadowych Lewisa to reakcje przemieszczenia, w których jedna zasada Lewisa wypiera inną zasadę Lewisa z adduktu kwasowo-zasadowego lub w których jeden kwas Lewisa wypiera inny kwas Lewisa:

Inny rodzaj chemii kwasowo-zasadowej Lewisa polega na tworzeniu złożonego jonu (lub kompleksu koordynacyjnego) składającego się z centralnego atomu, zwykle kationu metalu przejściowego, otoczonego jonami lub cząsteczkami zwanymi ligandami. Te ligandy mogą być obojętnymi cząsteczkami, takimi jak_H2Olub_NH3, lub jonami, takimi jak CN ^– lub OH ^–. Często ligandy działają jak zasady Lewisa, przekazując parę elektronów do centralnego atomu.

Ten tekst jest adaptacją z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 15.2: Kwasy i zasady Lewisa.