Kemia olisi epätäydellinen ilman Lewis-happojen ja Lewis-emästen välistä vuorovaikutusta. Brønsted-Lowryn happoteoria on muokannut kemiaa. G.N. Lewis, vuonna 1923, ehdotti, että on olemassa elektronien eikä protonien siirtoa. Tämä teoria auttoi kemistejä ennustamaan laajemman valikoiman happojen ja emästen välisiä reaktioita.
Lewis Acid vs Base
Ero Lewis-hapon ja emäksen välillä on kyky osallistua tai ottaa vastaan elektroneja. Lewis Acid on kemiallinen osasto. Siinä on vapaa elektroniikkakuori ja se on pätevä hankkimaan elektronijoukon. Ne muodostavat kovalenttisen sidoksen hankkiessaan elektroneja. Toisaalta Lewisin tukikohta on kemiallinen jaosto, joka jakaa yksinäisen elektroniparinsa. Lewis-pohjassa on täydellinen elektroninen kuori. Niissä on ylimääräinen elektronijoukko, joka ei ole sotkeutunut mihinkään sidokseen.
Lewis Acidilla on tyhjiä kuoria, ja ne on merkitty elektrofiileiksi. Se on elektronirikkaaseen ytimeen houkuteltu laji. Lewis-hapoilla on pienempi energia, koska niillä on tyhjiä kuoria. Useimmiten kaikki kationit ovat osa Lewis Acid -lajeja. Jos molekyylissä, ionissa tai atomissa sattuu olemaan puutteellinen joukko oktettielektroneja, ne käyttäytyvät kuin Lewis-happo.
Lewis Basessa on runsaasti kuoria, ja niitä on leimattu nukleofiileiksi, ja niillä on korkeampi energiataso kuin Lewisin hapoilla. He ryntäävät positiivisella varauksella yksinäisellä elektronijoukollaan. Useimmiten kaikki anionit ovat osa Lewis Base -lajeja. Jos molekyylissä, atomissa tai ionissa sattuu olemaan Yksinäinen elektronijoukko, ne käyttäytyvät Lewis-emäksenä.
Lewis-hapon ja emäksen vertailutaulukko
| Vertailuparametrit | Lewis Acid | Lewisin tukikohta |
| Energiaa | Kemiallisilla lajeilla on pienempi energia. | Kemiallisen energian energia on korkeampi. |
| ionit | Useimmiten kaikki kationit ovat osa Lewis Acid -lajeja. | Useimmiten kaikki anionit ovat osa Lewis Base -lajeja. |
| Tunnettu termi | Elektrofiili | Nukleofiili |
| Ominaisuus | Näytä termodynaamiset piirteet, kun muodostetaan addukteja. | Näytä kineettinen ominaisuus. |
| Elektronit ulkokuoressa | Puutteellinen elektronijoukko sen ulkokuorissa | Ylimääräinen joukko elektroneja sen ulkokuorissa. |
Mikä on Lewis-happo?
Aiemmin vuonna 1916 Lewis ehdotti, että atomit puristuvat yhteen kemiallisessa kehyksessä elektronien jakautumisen vuoksi. Gilbert N. Lewisin mukaan happo voi vetää puoleensa elektronijoukon toisesta molekyylistä ja saada valmiiksi vakaan muodon yhdelle sen atomeista.
Lewis-happo ei ole automaattisesti Brønsted-Lowry-happo. Kun jokaisesta atomista luovutetaan yksi elektroni, sitä kutsutaan kovalenttiseksi sidokseksi. Kun yksi ja toinen elektroni lähestyy yhdestä atomista, sitä kutsutaan koordinaattisidokseksi.
Lewis Acid rajoittuu trigonaaliseen tasomaiseen luokitukseen. Ne ovat erilaisia ja reagoivat Lewis Basen kanssa additiotuotteiden muotoilemiseksi. Lewis Acid vahvistaa adduktion muodostumisen termodynaamisen ominaisuuden.
Lewis-hapot voidaan erottaa edelleen kovuuden ja pehmeyden perusteella. Kovuus tarkoittaa, että ne eivät ole polarisoituvia.
Perustuu kovuuteen, happoihin: Boraanit, alkalimetallikationit, H+
Perustuu pehmeyteen, happoihin: Ni(0), Ag+
Joitakin esimerkkejä yksinkertaisista Lewis-hapoista:
Organoboraanit ja booritrihalogenidit ovat muutamia yksinkertaisista Lewis-hapoista. Kuva: BF3 + F− → BF4−
Joskus Lewis Acid voi varmistaa kaksi Lewis-emästä:
Esimerkki: SiF4 + 2 F− → SiF62− (heksafluorisilikaatti)
Joitakin esimerkkejä monimutkaisista Lewis-hapoista:
Joskus jotkut kemialliset yhdisteet vaativat lisäaktivointia. He tarvitsevat sitä ennen adduktin tuottamista reagoidessaan Lewis Basen kanssa.
Lewis-happojen käyttö:
Mikä on Lewisin tukikohta?
Brønsted-Lowryn happo-emäs-teoria väittää, että aina kun happo ja emäs reagoivat toisiinsa, happo konfiguroi konjugaattiemäksensä. Toisaalta emäs vaihtaa protonin ja konfiguroi sen konjugaattihapon.
Lewisin teoria perustuu elektroniseen rakenteeseen. Lewis Base voi jakaa joukon elektroneja H+:lle (protonille), ja sen Brønsted–Lowryn happo-emäs-teorian konjugaattiemäs muodostuu menettämällä H+:aa. Joten kun tarkastellaan Brønsted-Lowryn happo-emäs-teoriaa ja Lewis-teoriaa, Lewis-emäs voidaan luokitella myös Brønsted-Lowry-emäkseksi.
Tavanomaiset amiinit (ammoniakki), pyridiini ja johdannaiset sekä alkyyliamiinit ovat Lewis-emäksiä. Lewis Basella on korkein varattu molekyylikiertorata, ja ne vahvistavat adduktion muodostumisen kineettisen ominaisuuden.
Lewis Bases voidaan erottaa edelleen kovuuden ja pehmeyden perusteella. Pehmeys tarkoittaa, että ne ovat polarisoituvia ja suurempia.
Kovat pohjat: Vesi, kloridi, ammoniakki, amiinit.
Pehmeät pohjat: Hiilimonoksidi, tioeetterit.
Lewis Basesin käyttö:
Elektroniparien antajia, jotka muokkaavat yhdisteitä ratkaisevasti mukautuvilla elementeillä, pidetään Lewis-emäksinä. Ne tunnetaan jopa nimellä ligandit. Siten Lewis-emästen käyttö on laajalti metallikatalyyttien muodostamista. Kun Lewis-emäkset muodostavat monia sidoksia Lewis-happojen kanssa, niistä tulee monihampaisia (kelatointiaineita).
Lääkeyhtiöt ovat riippuvaisia Chiral Lewis Basesista, koska ne tuottavat kiraalisuutta katalysaattorilla. Tämä ominaisuus helpottaa lääkkeiden valmistuksessa tärkeän epäsymmetrisen katalyysin muodostumista.
Tärkeimmät erot Lewis-hapon ja emäksen välillä
Johtopäätös
Lewis Acid hyväksyy joukon elektroneja ja Lewis Base luovuttaa elektroneja. Arrhenius-happo ja -emäs, Brønsted-happo ja -emäs voidaan havaita Lewis-emäksenä tai Lewis-happona. Lewis-emäksen vahvuus riippuu pKa-tekijästä. Jos konjugaattihapolla on korkeampi pKa-tekijä, se saa aikaan tukevamman emäksen.
Nykyään on kehitetty vain vähän tekniikoita Lewisin happamuuden ennustamiseen. Sekä Lewis Acid että Base ovat kemiallisia lajeja, jotka ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa muodostaen yhdisteitä. Ne ovat lajeja, jotka reagoivat keskenään muodostaen Lewis-addukteja. Reaktion pääkohta on additiotuotteen kehittyminen.
