Forståelse af Lewis-syrer:definition, eksempler og katalytisk rolle

AndreaObzerova/iStock/GettyImages

Syrer og baser er velkendte begreber i kemi, men udtrykket Lewis-syre refererer til en særskilt klasse af reaktanter. Mens Brønsted–Lowry-rammen fokuserer på protonoverførsel, har G.N. Lewis udvidede definitionen til at omfatte enhver reaktion, hvor elektronpar udveksles, og derved inkluderede ikke-protoniske processer.

TL;DR

Lewis-syrer accepterer elektronpar, hvorimod Lewis-baser donerer dem. En elektron-deficient eller positivt ladet art fungerer typisk som en Lewis-syre.

I 1923 demonstrerede Lewis dette princip ved at bruge en hydrogenion (H⁺) og hydroxidionen (OH⁻). Mens Brønsted-Lowry-teorien beskriver, at OH⁻ accepterer en proton for at danne vand, så Lewis hydrogenionen som en elektronacceptor, der danner en kovalent binding med elektronparret fra hydroxid.

Definition af en Lewis-syre

En Lewis-syre er enhver kemisk art, der er i stand til at danne en kovalent binding ved at acceptere et elektronpar fra en anden art. Disse syrer har ofte ledige orbitaler, der kan rumme de indkommende elektroner.

Omvendt en Lewis-base er en art, der donerer et elektronpar for at danne en kovalent binding. Forholdet mellem Lewis-syrer og baser er analogt med den klassiske syre-base-parring, men er defineret ved elektronparoverførsel snarere end protonoverførsel.

Eksempler på Lewis-syrer omfatter metalkationer såsom Al³⁺ og Fe³⁺, hvis positive ladning stærkt tiltrækker elektrontæthed.

Lewis-syrekatalysatorer

En Lewis-syrekatalysator accelererer en kemisk reaktion ved at acceptere elektroner fra et substrat og derved øge dens reaktivitet. Det er vigtigt, at selve katalysatoren ikke forbruges i reaktionen; det regenereres i slutningen af den katalytiske cyklus.

AlCl3 som en Lewis-syre

AlCl3 er en lærebog Lewis-syre. Aluminium har 17 valenselektroner, hvilket efterlader en tom p-orbital, der kan acceptere et elektronpar. Denne elektron-accepterende evne gør det muligt for AlCl₃ at lette adskillige organiske transformationer.

NH₃ (ammoniak) som en Lewis-base

Ammoniak indeholder et ensomt par elektroner på nitrogen, hvilket gør det muligt for det at donere dette par til en elektron-accepterende art. Når NH₃ reagerer med HCl i vandig opløsning, donerer nitrogenet elektroner til H⁺ og danner NH₄⁺.

Både Brønsted-Lowry- og Lewis-koncepterne beskriver relateret kemisk adfærd, men fra forskellige perspektiver - protonoverførsel versus elektronparoverførsel. Forståelse af begge rammer giver et omfattende overblik over syre-base kemi.