5.2 : أحماض وقواعد لويس

يتعمق هذا الدرس في أحماض وقواعد لويس في سياق قاعدة الثمانية للمركبات التي تعاني من نقص الإلكترون. هنا، تتم مناقشة المفهوم، مع التركيز على عناصر المجموعة 13 مثل البورون أو الألومنيوم. بما أن عناصر المجموعة 13 تمتلك ثلاثة إلكترونات تكافؤ، فإنها تشكل مركبات ثلاثية التكافؤ مع سداسية من الإلكترونات ومدار شاغر للذرة المركزية. وبالتالي، تقبل هذه المركبات التي تعاني من نقص الإلكترون إلكترونات من الأنواع الأخرى لإكمال ثمانيتها في التفاعل الكيميائي. ويشار إليها باسم أحماض لويس في "النظرية العامة للأحماض والقواعد" التي اقترحها جيلبرت إن لويس.

تعاملت نظرية لويس مع المركبات التي لم تكن ضمن نطاق تعريف برونستد. واقترح أن المركبات التي تعاني من نقص الإلكترون تعمل كحمض لويس حيث تكتمل ثمانيات غلاف التكافؤ في تفاعل كيميائي. ومن ثم، فإن حمض لويس هو النوع الذي يقبل زوجًا من الإلكترونات لتكوين رابطة جديدة.

في المقابل، يتم تعريف قاعدة لويس على أنها النوع الذي يتبرع بزوج من الإلكترونات. يتم توضيح ذلك باستخدام مثال محدد لتفاعل كلوريد الألومنيوم مع الأمونيا لتكوين مركب إضافي حمض - قاعدة لويس. هنا، يتم نقل زوج الإلكترون بين الأنواع المشحونة بشكل معاكس لتلبية الثمانية. يتم تكرار مفهوم أحماض وقواعد لويس بشكل أكبر من خلال التفاعل بين ثلاثي فلوريد البورون الناقص الإلكترونياً والأمونيا الغنية بالإلكترونات، كما هو موضح في الشكل 1.

الشكل 1. التفاعل بين ثلاثي فلوريد البورون والأمونيا

هنا، يتم تطوير شحنة كبيرة على هذا النوع. وبما أن مركز البورون يحتوي على مدار فارغ يمكنه قبول الإلكترون، فإنه يحدد موقع الشحنة الموجبة. وفي المقابل، فإن مركز النيتروجين في الأمونيا يراكم شحنة سالبة بسبب وجود زوج وحيد من الإلكترونات. وبالتالي، عندما تتفاعل، يتم نقل زوج الإلكترونات الوحيد في غلاف التكافؤ من النيتروجين إلى ذرة البورون في BF₃، المشار إليه بالسهم المنحني أعلاه. وبالتالي، تكون الشحنات الرسمية على البورون والنيتروجين متوازنة، ونتيجة لذلك، لا يمتلك المركب الإضافي حمض - قاعدة لويس أي شحنة صافية.

توفر نظرية لويس ملحقًا لنظرية برونستد التي تستخدم فقط نقل البروتون لتحديد التفاعلات الحمضية القاعدية من خلال دمج نقل زوج وحيد. لذلك، في حين أن جميع أحماض برونستد-لوري هي أحماض بروتونية، فإن أحماض لويس يمكن أن تكون بروتونية أو لابروتونية. يتم تحديد ذلك باستخدام مثال حمض الهيدروكلوريك. حمض الهيدروكلوريك هو حمض، وفقا لتعريف برونستد-لوري، نظرا لقدرته على التبرع بالبروتون. وهو أيضًا حمض لويس نظرًا لأن ذرة الهيدروجين تفقد الإلكترونات المشتركة إلى الكلور بينما تقبل في نفس الوقت زوج الإلكترونات من الأمونيا.