Кислоты и основания Льюиса

Модель Бренстеда-Лоури определяет кислоты и основания в терминах протонов, где кислоты являются донорами протонов, а основания акцепторами протонов. Напротив, модель Льюиса определяет кислоты и основания в терминах электронных пар, где кислоты Льюиса являются акцепторами электронных пар, а основания Льюиса являются донорами электронных пар. В кислоте Бренстеда, такой как уксусная кислота, водород также может действовать как кислота Льюиса, потому что у него есть пустая орбиталь, чтобы принимать электроны, отданные основанием, таким как вода, действующая как основание Льюиса.

Преимущество модели Льюиса состоит в том, что она позволяет ученым классифицировать большее количество соединений как кислоты, в том числе те, которые не имеют ионизируемых протонов. Например, трифторид бора не может быть классифицирован как кислота по модели Бренстеда-Лоури, потому что он не содержит водорода. Однако трифторид бора обладает неполным октетом с пустой орбиталью, которая может принимать электронную пару от основания Льюиса, такого как аммиак, и, следовательно, может действовать как кислота Льюиса.

Результирующий продукт, образованный такими кислотно-основными реакциями Льюиса, называется кислотно-основным аддуктом Льюиса. Некоторые молекулы, такие как углекислый газ, могут перегруппировывать свои электроны и действовать как кислота Льюиса. Например, в реакции между водой и диоксидом углерода электронная пара перемещается от пи-связи углерод-кислород к концевому кислороду диоксида углерода.

Получающаяся в результате пустая орбиталь на атоме углерода позволяет ему принимать электронную пару от молекулы воды и действовать как кислота Льюиса. Поскольку молекула воды отдает электронную пару, она действует как основание Льюиса. При дальнейшей перегруппировке протон переносится от кислорода воды к концевому кислороду диоксида углерода, что приводит к образованию аддукта угольной кислоты.

Катионы небольших металлов, такие как Al могут повторно захватывать электронные пары и действовать как кислоты Льюиса. Например, Al принимает неподеленные пары электронов из воды и образует ионы гексаакваалюминия. Здесь молекулы воды отдают электронные пары и действуют как основание Льюиса.