Back to chapter

15.14:

Lewis-Zuren en Basen

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Lewis Acids and Bases

Languages

Share

Het Brønsted-Lowry-model definieert zuren en basen in termen van protonen, waarbij zuren protondonoren zijn en basen protonacceptoren. Daarentegen definieert het Lewis-model zuren en basen in termen van elektronenparen, waarbij Lewiszuren elektronenpaaracceptoren zijn en Lewisbasen elektronenpaardonoren. In een Brønstedzuur, zoals azijnzuur, kan de waterstof ook als een Lewiszuur werken, omdat het een lege orbitaal heeft om elektronen te accepteren die zijn afgestaan vanaf een base, zoals water, die als een Lewisbase fungeren.Het voordeel van het Lewis-model is dat het wetenschappers in staat stelt om een groter aantal verbindingen als zuren te classificeren, inclusief degene die geen ioniseerbare protonen hebben. Boortrifluoride kan bijvoorbeeld niet als een zuur worden geclassificeerd door het Brønsted-Lowry-model omdat het geen waterstof bevat. Boortrifluoride bezit echter een onvolledig octet met een lege orbitaal dat een elektronenpaar kan accepteren van een Lewisbase, zoals ammoniak, en daarom kan werken als een Lewiszuur.Het resulterende product gevormd door dergelijke Lewiszuur-base-reacties wordt een Lewiszuur-base-adduct genoemd. Sommige moleculen, zoals kooldioxide, kunnen hun elektronen herschikken om als een Lewiszuur te werken. Bijvoorbeeld, in de reactie tussen water en kooldioxide, beweegt een elektronenpaar van de koolstof-zuurstof pi-binding naar de terminale zuurstof van het kooldioxide.De resulterende lege orbitaal op het koolstofatoom stelt het in staat om het elektronenpaar van een watermolecuul te accepteren en als een Lewiszuur te werken. Omdat het watermolecuul het elektronenpaar doneert, fungeert het als een Lewisbase. Bij verdere herrangschikking wordt een proton overgebracht van de waterzuurstof naar de terminale zuurstof van het kooldioxide, wat resulteert in de vorming van het koolzuuradduct.Kleine metaalkationen, zoals Al(III)kunnen opnieuw elektronenparen verkrijgen en als Lewiszuren werken. Al(III)accepteert bijvoorbeeld vrije elektronenparen uit water en vormt hexaaqua-aluminiumionen. Hier doneren watermoleculen elektronenparen en fungeren ze als een Lewisbase.

15.14:

Lewis-Zuren en Basen

In 1923, G. N. Lewis proposed a generalized definition of acid-base behavior in which acids and bases are identified by their ability to accept or to donate a pair of electrons and form a coordinate covalent bond.

A coordinate covalent bond (or dative bond) occurs when one of the atoms in the bond provides both bonding electrons. For example, a coordinate covalent bond occurs when a water molecule combines with a hydrogen ion to form a hydronium ion. A coordinate covalent bond also results when an ammonia molecule combines with a hydrogen ion to form an ammonium ion. Both of these equations are shown here.

Image1

Reactions involving the formation of coordinate covalent bonds are classified as Lewis acid-base chemistry. The species donating the electron pair that compose the bond is a Lewis base, the species accepting the electron pair is a Lewis acid, and the product of the reaction is a Lewis acid-base adduct. As the two examples above illustrate, Brønsted-Lowry acid-base reactions represent a subcategory of Lewis acid reactions, specifically, those in which the acid species is H+. A few examples involving other Lewis acids and bases are described below.

The boron atom in boron trifluoride, BF3, has only six electrons in its valence shell. Being short of the preferred octet, BF3 is a very good Lewis acid and reacts with many Lewis bases; a fluoride ion is the Lewis base in this reaction, donating one of its lone pairs:

Image2

In the following reaction, each of two ammonia molecules, Lewis bases, donates a pair of electrons to a silver ion, the Lewis acid:

Image3

Nonmetal oxides act as Lewis acids and react with oxide ions, Lewis bases, to form oxyanions:

Image4

Many Lewis acid-base reactions are displacement reactions in which one Lewis base displaces another Lewis base from an acid-base adduct, or in which one Lewis acid displaces another Lewis acid:

Image5

Another type of Lewis acid-base chemistry involves the formation of a complex ion (or a coordination complex) comprising a central atom, typically a transition metal cation, surrounded by ions or molecules called ligands. These ligands can be neutral molecules, like H2O or NH3, or ions, such as CN or OH. Often, the ligands act as Lewis bases, donating a pair of electrons to the central atom.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 15.2: Lewis Acids and Bases.