5.2 : חומצות ובסיסים של לואיס

In the periodic table, all elements in group 13 have three valence electrons. Consequently, they form trivalent compounds in which the central atom has a sextet of electrons and a vacant orbital.

These electron-deficient compounds achieve their octets by receiving electrons from other species in a chemical reaction.

For example, aluminum chloride reacts with ammonia by accepting the lone pair from the nitrogen atom.

This makes aluminum chloride — the electron-pair acceptor — a Lewis acid, and ammonia — the electron-pair donor — a Lewis base.

As the two oppositely charged species attract each other, the electron pair is transferred from the base to the acid. This completes the octet of the Lewis acid, resulting in a Lewis acid—base adduct.

Now, consider another Lewis acid—base reaction between the electron-deficient boron trifluoride and ammonia.

The electrostatic potential map of boron trifluoride indicates a significant positive charge centered on the boron atom.

In the case of ammonia, the nitrogen atom carries a negative charge on account of its nonbonding electron pair.

The opposite charges cause boron trifluoride and ammonia to react. During the reaction, the lone pair of ammonia fills the valence shell of boron to give it an octet of electrons.

In the adduct, boron carries a formal negative charge and nitrogen carries a formal positive charge — thus conserving the net charge of the compound.

Now, examine the reaction between a protic acid, like hydrochloric acid, and a base — ammonia. By the Brønsted–Lowry definition, HCl is an acid owing to its ability to donate a proton.

Although HCl is not an electron-deficient compound, in its reaction with ammonia, the hydrogen atom of HCl loses its shared electrons to chlorine while simultaneously accepting a pair of electrons from ammonia. HCl is, therefore, also a Lewis acid.

שיעור זה מתעמק בחומצות ובבסיסים של לואיס בהקשר של כלל האוקטט עבור תרכובות חסרות אלקטרונים. כאן, הרעיון נדון, תוך שימת דגש על האלמנטים בטור 13 כמו בורון או אלומיניום. מכיוון שליסודות טור 13 יש שלושה אלקטרונים ערכיים, הם יוצרים תרכובות משולשות עם שישית אלקטרונים ואורביטל פנוי עבור האטום המרכזי. כתוצאה מכך, תרכובות אלה חסרות אלקטרונים מקבלים אלקטרונים מצורונים אחרים כדי להשלים את האוקטט שלהם בתגובה כימית. הם מכונים חומצות לואיס לפי 'התיאוריה הכללית של חומצות ובסיסים' שהוצעה על ידי גילברט נ. לואיס.

התיאוריה של לואיס עסקה בתרכובות שלא היו במסגרת ההגדרה של ברונסטד. הוא הציע שהתרכובות חסרות האלקטרונים פועלות כחומצת לואיס, כאשר אוקטט קליפת הערכיות שלהן מושלמות בתגובה כימית. לפיכך, חומצת לואיס היא הצורון שמקבל זוג אלקטרונים ליצירת קשר חדש.

לעומת זאת, בסיס לואיס מוגדר כצורון התורם זוג אלקטרונים. זה מובהר באמצעות הדוגמה הספציפית של אלומיניום כלוריד המגיב עם אמוניה ליצירת תצמיד בסיס-חומצה של לואיס. כאן, זוג האלקטרונים מועבר בין הצורונים הטעונים הפוך כדי לספק את השמינייה. תפיסת החומצות והבסיסים של לואיס חוזרת שוב ושוב על ידי התגובה בין טריפלואוריד בורון חסר אלקטרונים לאמוניה עשירה באלקטרונים, כפי שמוצג באיור 1.

איור 1. התגובה בין בורון טריפלואור ואמוניה

כאן מתפתח מטען משמעותי על הצורון. מכיוון שלמרכז הבורון יש מסלול ריק שיכול לקבל אלקטרון, הוא ממקם מטען חיובי. לעומת זאת, מרכז החנקן באמוניה צובר מטען שלילי עקב נוכחותם של זוג אלקטרונים לא קושר. מכאן שכאשר הם מקיימים אינטראקציה, זוג האלקטרונים הלא קושר במעטפת הערכיות של חנקן מועבר לאטום הבור ב-BF3, המסומן על ידי החץ המעוקל למעלה. לפיכך, המטענים הפורמליים על בורון וחנקן מאוזנים, וכתוצאה מכך, לתוספת של חומצה לואיס אין מטען נטו.

תיאוריית לואיס מספקת תוספת לתיאוריית ברונסטד שמשתמשת רק בהעברת פרוטונים כדי להגדיר תגובות חומצה-בסיס על ידי שילוב העברה של זוג לא קושר. לכן, בעוד שכל חומצות ברונסטד-לאורי הן חומצות פרוטיות, חומצות לואיס יכולות להיות פרוטיות או לא פרוטיות. זה מתוחם באמצעות הדוגמה של חומצה הידרוכלורית. HCl היא חומצה, לפי הגדרת ברונסטד-לאורי, לאור יכולתה לתרום פרוטון. זוהי גם חומצת לואיס מכיוון שאטום המימן שלה מאבד את האלקטרונים המשותפים לכלור ובו זמנית מקבל את צמד האלקטרונים מאמוניה.

Tags

Lewis Acids Lewis Bases Octet Rule Electron deficient Compounds Group 13 Elements Boron Aluminium Trivalent Compounds Vacant Orbital Electron Donation Electron Acceptance Lewis Acid base Adduct Boron Trifluoride Ammonia

PLAYLIST

Loading...

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved