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5.2 : 路易斯酸和碱

本课程在缺电子化合物的八位组规则的背景下深入研究路易斯酸和碱。 这里讨论了这个概念,重点讨论了硼或铝等第 13 族元素。 由于第 13 族元素具有三个价电子,因此它们形成具有六重电子和中心原子空轨道的三价化合物。 因此,这些缺电子化合物接受来自其他元素的电子,以在化学反应中完成其八位组。 根据吉尔伯特·路易斯 (Gilbert N. Lewis) 提出的“酸和碱的广义理论”,它们被称为路易斯酸。

路易斯的理论涉及的化合物不在布朗斯台德定义的范围内。 他提出缺电子化合物充当路易斯酸,其价壳八位组在化学反应中完成。 因此,路易斯酸是接受一对电子形成新键的物质。

相反,路易斯碱被定义为提供电子对的物质。 这是通过氯化铝与氨反应形成路易斯酸碱加合物的具体例子来阐明的。 在这里,电子对在带相反电荷的物质之间转移以满足八位组。 缺电子三氟化硼与富电子氨之间的反应进一步重申了路易斯酸和碱的概念,如图 1 所示。

Figure1

图1 三氟化硼与氨的反应

在这里,对该元素产生了重大影响。 由于硼中心有一个可以接受电子的空轨道,因此它局部化了正电荷。 相反,氨中的氮中心由于存在孤对电子而积聚负电荷。 因此,当它们相互作用时,氮价层中的孤对电子转移到 BF3 中的硼原子,如上面的弯曲箭头所示。 因此,硼和氮上的形式电荷是平衡的,因此路易斯酸碱加合物不具有净电荷。

路易斯理论提供了布朗斯台德理论的补充,该理论仅使用质子转移通过结合孤对电子转移来定义酸碱反应。 因此,虽然所有布朗斯台德-洛瑞酸都是质子酸,但路易斯酸可以是质子酸或非质子酸。 这是使用盐酸的例子来描述的。 根据 Brønsted-Lowry 定义,HCl 是一种酸,因为它能够提供质子。 它也是一种路易斯酸,因为它的氢原子失去与氯的共享电子,同时接受来自氨的电子对。

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Lewis AcidsLewis BasesOctet RuleElectron deficient CompoundsGroup 13 ElementsBoronAluminiumTrivalent CompoundsVacant OrbitalElectron DonationElectron AcceptanceLewis Acid base AdductBoron TrifluorideAmmonia

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