Grenzenlose Chemie
Lewis-Säure- und Basenmoleküle
Lewis-Basen sind Elektronenpaardonoren, während Lewis-Säuren Elektronenpaarakzeptoren sind.
Lernziele
Erkennen von Lewis-Säuren und -Basen in chemischen Reaktionen.
Wichtige Erkenntnisse
Wichtige Punkte
- Eine Lewis-Säure ist ein Elektronenpaarakzeptor; Eine Lewis-Base ist ein Elektronenpaardonor. Einige Moleküle können entweder als Lewis-Säuren oder als Lewis-Basen wirken. Der Unterschied ist kontextspezifisch und variiert je nach Reaktion.
- Lewis-Säuren und -Basen führen eher zur Bildung eines Addukts als zu einer einfachen Verdrängungsreaktion wie bei klassischen Säuren und Basen. Ein Beispiel ist HCl gegen H +: HCl ist eine klassische Säure, aber keine Lewis-Säure; H + ist eine Lewis-Säure, wenn sie mit einer Lewis-Base ein Addukt bildet.
Schlüsselbegriffe
- kovalente Bindung: eine chemische Bindung, in der zwei Atome verbunden sind durch Teilen von zwei oder mehr Elektronen
- nukleophil: wörtlich „Liebhaber von Kernen“, werden Lewis-Basen oft als solche bezeichnet, weil sie versuchen, ihre Elektronenpaare an elektronenarme Spezies wie H + abzugeben
Eine Lewis-Säure ist als Elektronenpaarakzeptor definiert, während eine Lewis-Base ein Elektronenpaardonor ist. Nach dieser Definition brauchen wir eine Säure nicht als Verbindung, die in der Lage ist, ein Proton abzugeben, da nach der Lewis-Definition H + selbst die Lewis-Säure ist, und weil H + ohne Elektronen ein Elektronenpaar aufnehmen kann.
Eine Lewis-Base daher ist eine Spezies, die ein Elektronenpaar an eine Lewis-Säure abgibt. Bei der „Neutralisations“ -Reaktion bildet sich eine kovalente Bindung zwischen einer elektronenreichen Spezies (der Lewis-Base) und einer elektronenarmen Spezies (der Lewis-Säure). Aus diesem Grund werden Lewis-Basen oft als Nucleophile (wörtlich „Liebhaber von Kernen“) bezeichnet, und Lewis-Säuren werden manchmal als Elektrophile („Liebhaber von Elektronen“) bezeichnet. Diese Definition ist nützlich, da sie nicht nur die gesamte uns bereits bekannte Säure-Base-Chemie abdeckt, sondern auch Reaktionen beschreibt, die mit der Säure-Base-Chemie von Arrhenius oder Bronsted-Lowry nicht modelliert werden können. Im Moment werden wir jedoch untersuchen, wie die Lewis-Definition für die klassische Säure-Base-Neutralisation gilt.
Anwenden der Lewis-Definition auf die klassische Säure-Base-Chemie
Betrachten Sie die bekannte Reaktion von NaOH und HCl:
\ text {NaOH} (\ text {aq}) + \ text {HCl} (\ text {aq}) \ rightarrow \ text {NaCl} (\ text {aq}) + \ text {H} _2 \ text {O} (\ text {l})
Wir haben dies zuvor als eine Säure-Base-Neutralisationsreaktion beschrieben, bei der Wasser und ein Salz gebildet werden. Dies ist immer noch völlig richtig, aber die Lewis-Definition beschreibt die Chemie aus einer etwas anderen Perspektive. Bei der Betrachtung von Lewis-Säuren und -Basen ist die einzige echte Reaktion von Interesse die Nettoionenreaktion:
\ text {OH} ^ – (\ text {aq}) + \ text {H} ^ + (\ text {aq}) \ rightarrow \ text {H} _2 \ text {O} (\ text {l})
Nach der Lewis-Definition fungiert Hydroxid als Lewis-Base und spendet sein Elektronenpaar an H + . In dieser Version der Neutralisationsreaktion interessiert uns daher nicht das Salz, das sich bildet, sondern die kovalente Bindung, die sich zwischen OH– und H + unter Bildung von Wasser bildet. Ein wichtiges Kennzeichen für Lewis-Säure-Base-Reaktionen ist die Bildung einer solchen kovalenten Bindung zwischen den beiden reagierenden Spezies. Das Endprodukt der Reaktion ist als Addukt bekannt, da es sich aus der Addition der Lewis-Base an die Lewis-Säure bildet.
Lewis-Säuren und -Basen: Lewis-Säuren (BF3, oben und H +, unten) reagieren mit Lewis-Basen (F–, oben, NH3, unten) unter Bildung von Produkten, die als Addukte bekannt sind. Es ist zu beachten, dass die erste Reaktion nicht durch Arrhenius- oder Bronsted-Lowry-Säure-Base-Chemie beschrieben werden kann.
Jenseits der klassischen Säure-Base-Chemie
Durch Behandlung von Säure -Basisreaktionen in Form von Elektronenpaaren anstelle spezifischer Substanzen. Die Lewis-Definition kann für Reaktionen gelten, die nicht unter andere Definitionen von Säure-Base-Reaktionen fallen. Beispielsweise verhält sich ein Silberkation in Bezug auf Ammoniak, das sich wie eine Lewis-Base verhält, in der folgenden Reaktion wie eine Lewis-Säure:
\ text {Ag} ^ + (\ text {aq}) + 2 \; \ text {NH} _3 \ rightarrow ^ +
Diese Reaktion führt zur Bildung von Diamminesilber (I), einem komplexen Ion; Es wird durch die Lewis-Säure-Base-Chemie perfekt beschrieben, ist jedoch nach traditionelleren Definitionen von Arrhenius und Bronsted-Lowry nicht klassifizierbar.
Anwendung auf die organische Chemie
In der organischen Chemie ist es nützlich zu verstehen, dass Nucleophile Lewis-Basen und Elektrophile Lewis-Säuren sind. Nahezu alle Reaktionen in der organischen Chemie können als Lewis-Säure-Base-Prozesse betrachtet werden.
Was sind Säuren und Basen?: In dieser Lektion werden weiterhin Säuren und Basen beschrieben nach ihrer Definition.Wir betrachten zuerst die Bronsted-Lowry-Theorie und beschreiben dann Lewis-Säuren und -Basen gemäß der Lewis-Theorie.