Rajaton kemia
Lewis-happo- ja emäsmolekyylit
Lewis-emäkset ovat elektroniparien luovuttajia, kun taas Lewis-hapot ovat elektroni-parin hyväksyjiä.
Oppimistavoitteet
Tunnista Lewisin hapot ja emäkset kemiallisissa reaktioissa.
Tärkeimmät takaisinot
Keskeiset kohdat
- Lewis-happo on elektroni-pariakseptori; Lewis-emäs on elektroniparin luovuttaja.
- Jotkut molekyylit voivat toimia joko Lewis-happoina tai Lewis-emäksinä; ero on kontekstikohtainen ja vaihtelee reaktion perusteella.
- Lewisin hapot ja emäkset johtavat pikemminkin adduktin muodostumiseen kuin yksinkertaiseen syrjäytysreaktioon, kuten klassisten happojen ja emästen kohdalla. Esimerkki on HCl vs H +: HCl on klassinen happo, mutta ei Lewisin happo; H + on Lewis-happo, kun se muodostaa adduktin Lewis-emäksen kanssa.
Keskeiset termit
- kovalenttinen sidos: kemiallinen sidos, johon kaksi atomia on kytketty toisilleen jakamalla kaksi tai useampia elektroneja
- nukleofiili: kirjaimellisesti ”ytimien rakastaja”, Lewis-emäksiin viitataan usein tällä, koska ne pyrkivät lahjoittamaan elektroniparinssa elektroniheikoille lajeille, kuten H +
Lewis-happo määritellään elektronipariksi, kun taas Lewis-emäs on elektroni-parin luovuttaja. Tämän määritelmän mukaan happoa ei tarvitse määritellä yhdiste, joka kykenee luovuttamaan protonia, koska Lewisin määritelmän mukaan H + on itse Lewis-happo; tämä johtuu siitä, että H + voi ilman elektroneja hyväksyä elektroniparin.
Lewis-emäs, on mikä tahansa laji, joka lahjoittaa elektroniparin Lewis-hapolle. ”Neutralointireaktio” on sellainen, jossa kovalenttinen sidos muodostuu elektronirikkaiden lajien (Lewis-emäs) ja elektroni-köyhien lajien ( Lewis-happo). Tästä syystä Lewis-emäksiä kutsutaan usein nukleofiileiksi (kirjaimellisesti ”ytimen rakastajiksi”), ja Lewis-happoja kutsutaan joskus elektrofiileiksi (”elektronien rakastajiksi”). Tämä määritelmä on hyödyllinen, koska se kattaa paitsi kaiken jo tunnetun happo-emäskemian, mutta se kuvaa reaktioita, joita Arrhenius- tai Bronsted-Lowry-happo-emäskemia ei voi mallintaa. Toistaiseksi tarkastelemme, miten Lewisin määritelmä koskee klassista happo-emäksen neutralointia.
Lewis-määritelmän soveltaminen klassiseen happo-emäskemiaan
Harkitse NaOH: n ja HCl:
\ text {NaOH} (\ text {aq}) + \ text {HCl} (\ text {aq}) \ rightarrow \ text {NaCl} (\ text {aq}) + \ teksti {H} _2 \ text {O} (\ text {l})
Olemme aiemmin kuvanneet tämän happo-emäs-neutralointireaktioksi, jossa muodostuu vettä ja suolaa. Tämä on edelleen täysin oikein, mutta Lewisin määritelmä kuvaa kemiaa hieman eri näkökulmasta. Kun tarkastellaan Lewisin happoja ja emäksiä, ainoa todellinen kiinnostava reaktio on nettoionireaktio:
\ text {OH} ^ – (\ text {aq}) + \ text {H} ^ + (\ text {aq}) \ rightarrow \ text {H} _2 \ text {O} (\ text {l})
Lewis-määritelmän mukaan hydroksidi toimii Lewis-emäksenä ja lahjoittaa elektroniparinsa H +: lle . Siten tässä neutralointireaktion versiossa meitä kiinnostaa ei muodostuva suola, vaan kovalenttinen sidos, joka muodostuu OH– ja H +: sta muodostaen vettä. Merkittävä tunnusmerkki Lewisin happo- emäsreaktioille on tällaisen kovalenttisen sidoksen muodostuminen kahden reagoivan lajin välillä. Reaktion lopputuote tunnetaan adduktina, koska se muodostuu Lewis-emäksen lisäämisestä Lewis-happoon.
Lewis-hapot ja emäkset: Lewis-hapot (BF3, ylhäältä ja H +, alhaalta) reagoivat Lewis-emästen (F–, ylä, NH3, pohja) kanssa muodostaen tuotteita, jotka tunnetaan nimellä adduktit. Huomaa, että ensimmäistä reaktiota ei voida kuvata Arrhenius- tai Bronsted-Lowry-happo-emäskemialla.
Klassisen happo-emäskemian lisäksi
Käsittelemällä happoa -perusreaktiot elektronipareina tiettyjen aineiden sijaan, Lewisin määritelmää voidaan soveltaa reaktioihin, jotka eivät kuulu muiden happo-emäs-reaktioiden määritelmien piiriin. Esimerkiksi hopeakationi toimii Lewis-happona ammoniakin suhteen, joka käyttäytyy Lewis-emäksenä seuraavassa reaktiossa:
\ text {Ag} ^ + (\ text {aq}) + 2 \; \ text {NH} _3 \ rightarrow ^ +
Tämä reaktio johtaa diamiinihopean (I) muodostumiseen, monimutkaiseen ioniin; sitä kuvaa täydellisesti Lewisin happo-emäskemia, mutta sitä ei voida luokitella perinteisempien Arrhenius- ja Bronsted-Lowry-määritelmien mukaan.
Soveltaminen orgaaniseen kemiaan
Orgaanisessa kemiassa se on hyödyllinen ymmärtää, että nukleofiilit ovat Lewis-emäksiä ja elektrofiilit ovat Lewis-happoja. Lähes kaikkia orgaanisen kemian reaktioita voidaan pitää Lewisin happo-emäsprosesseina.
Mitä ovat hapot ja emäkset ?: Tässä oppitunnissa kuvataan edelleen happoja ja emäksiä niiden määritelmän mukaan.Tarkastellaan ensin Bronsted-Lowry-teoriaa ja sitten kuvataan Lewis-hapot ja emäkset Lewisin teorian mukaisesti.