15.14: Lewis Asitleri ve Bazları

1923'te G. N. Lewis, asitlerin ve bazların bir çift elektronu kabul etme veya bağışlama ve bir koordinat kovalent bağ oluşturma yetenekleriyle tanımlandığı genelleştirilmiş bir asit-baz davranışı tanımı önerdi.

Bir koordinat kovalent bağ (veya ikili bağ), bağdaki atomlardan biri her iki bağ elektronunu da sağladığında oluşur. Örneğin, bir su molekülü bir hidronyum iyonu oluşturmak için bir hidrojen iyonu ile birleştiğinde bir koordinat kovalent bağ oluşur. Bir koordinat kovalent bağ, bir amonyak molekülü bir amonyum iyonu oluşturmak için bir hidrojen iyonu ile birleştiğinde de ortaya çıkar. Bu denklemlerin her ikisi de burada gösterilmektedir.

Koordinat kovalent bağların oluşumunu içeren reaksiyonlar, Lewis asit-baz kimyası olarak sınıflandırılır. Bağı oluşturan elektron çiftini veren türler bir Lewis bazıdır, elektron çiftini kabul eden türler bir Lewis asididir ve reaksiyonun ürünü bir Lewis asit-baz eklentisidir. Yukarıdaki iki örneğin gösterdiği gibi, Brønsted-Lowry asit-baz reaksiyonları, Lewis asidi reaksiyonlarının bir alt kategorisini, özellikle de asit türlerinin H⁺ olduğu reaksiyonları temsil eder. Diğer Lewis asitlerini ve bazlarını içeren birkaç örnek aşağıda açıklanmaktadır.

Bor triflorürdeki bor atomu, BF₃, valans kabuğunda yalnızca altı elektrona sahiptir. Tercih edilen sekizlinin dışında olan BF₃, çok iyi bir Lewis asididir ve birçok Lewis bazı ile reaksiyona girer; bir florür iyonu, bu reaksiyondaki Lewis bazıdır ve yalnız çiftlerinden birini verir:

Aşağıdaki reaksiyonda, Lewis bazları olan iki amonyak molekülünün her biri, bir gümüş iyonu olan Lewis asidine bir çift elektron bağışlar:

Metal olmayan oksitler Lewis asitleri gibi davranır ve oksit iyonları, Lewis bazları ile reaksiyona girerek oksianyonlar oluşturur:

Birçok Lewis asit-baz reaksiyonu, bir Lewis bazının başka bir Lewis bazının bir asit-baz eklentisinden başka bir Lewis bazının yerini aldığı veya bir Lewis asitinin başka bir Lewis asidinin yerini aldığı yer değiştirme reaksiyonlarıdır:

Başka bir Lewis asit-baz kimyası türü, ligand adı verilen iyonlar veya moleküllerle çevrili bir merkezi atom, tipik olarak bir geçiş metali katyonu içeren karmaşık bir iyonun (veya bir koordinasyon kompleksi) oluşumunu içerir. Bu ligandlar, H₂O veya NH₃ gibi nötr moleküller veya CN^– veya OH^– gibi iyonlar olabilir. Genellikle ligandlar, merkezi atoma bir çift elektron bağışlayarak Lewis bazları gibi davranırlar.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 15.2: Lewis Acids and Bases.

Brønsted-Lowry modeli, asitleri ve bazları protonlar açısından tanımlar, burada asitler proton vericilerdir ve bazlar proton alıcılarıdır. Bunun aksine, Lewis modeli asitleri ve bazları, Lewis asitlerinin elektron çifti alıcıları ve Lewis bazlarının elektron çifti vericileri olduğu elektron çiftleri cinsinden tanımlar. Asetik asit gibi bir Brønsted asidinde hidrojen de Lewis asidi görevi görebilir çünkü su gibi bir bazdan verilen elektronları kabul etmek için boş bir yörüngeye sahiptir ve Lewis bazı olarak işlev görür.

Lewis modelinin avantajı, bilim adamlarının iyonlaşabilen protonlara sahip olmayanlar da dahil olmak üzere daha fazla sayıda bileşiği asit olarak sınıflandırmasına izin vermesidir. Örneğin bor triflorür, hidrojen içermediği için Brønsted-Lowry modeline göre asit olarak sınıflandırılamaz. Bununla birlikte, bor triflorür, amonyak gibi bir Lewis bazından bir elektron çifti kabul edebilen ve bu nedenle bir Lewis asidi olarak hareket edebilen boş bir yörüngeye sahip tamamlanmamış bir oktete sahiptir.

Bu tür Lewis asit-baz reaksiyonları ile oluşan sonuçtaki ürüne Lewis asit-baz eklentisi denir. Karbondioksit gibi bazı moleküller elektronlarını Lewis asidi gibi davranacak şekilde yeniden düzenleyebilir. Örneğin, su ve karbon arasındaki reaksiyonda karbon-oksijen pi bağından bir elektron çifti karbon dioksitin terminal oksijenine geçer.

Karbon atomunda ortaya çıkan boş yörünge, bir su molekülünden elektron çiftini kabul etmesine ve bir Lewis asidi gibi davranmasına izin verir. Su molekülü elektron çiftini verirken, Lewis bazı gibi davranır. Daha fazla yeniden düzenlemede, bir proton su oksijeninden karbon dioksitin terminal oksijenine aktarılır ve bu da karbonik asit eklentisinin oluşumuyla sonuçlanır.

Al gibi küçük metal katyonlar, elektron çiftlerini yeniden elde edebilir ve Lewis asitleri gibi davranabilir. Örneğin, Al sudan yalnız elektron çiftlerini kabul eder ve heksaaquaaluminyum iyonları oluşturur. Bu noktada su molekülleri elektron çiftleri verir, ve Lewis bazı gibi davranır.