Кислоти і підстави Льюїса

Критерії визначення кислот і підстав Льюїса

В якості основи своїх визначень кислот і підстав Льюїс вибрав чотири експериментальних критерію:

Нейтралізація. Як швидко і в якому ступені кислоти і підстави можуть з'єднуватися один з одним.

Титрування з індикаторами. Здатність кислот і підстав титрувати один одного за допомогою індикаторів.

Витіснення. Здатність кислот і підстав витісняти із з'єднань слабшу кислоту або основу.

Каталозі. Здатність кислот і підстав виступати в якості каталізатора.

Для того щоб визначити, до якого класу, кислот або підстав, відноситься речовина, необхідно, щоб воно характеризувалося усіма чотирма критеріями. При цьому нейтралізації і титрування з індикаторами Льюїс надавав особливого значення. Згідно з цим, він дав такі визначення.

Кислоти - речовини, які, подібно до хлористому водню, нейтралізують їдкий натр або будь-яке інше підставу.

теорія Льюїса

В $ 1930-1940 $ рр. Льюїс запропонував нове визначення кислот і підстав. Його теорія базується на електронну будову речовини, тому її також називають електронної теорією. Льюїс вважав, що кислотно - основні реакції є таким типом взаємодії, при якому неподіленого електронних пари молекули підстави приєднується до молекули кислоти. При цьому основа виступає донором, а кислота - акцептором. У створеному молекулі загальна електронна пара належить двом атомам, тобто обобществляя. В результаті виникає донорно - акцепторні ковалентний зв'язок.

В реакції взаємодії аміаку з трифторид бору аміак віддає електронну пару (виступає в ролі підстави), а трифторид бору приймає (виступає в ролі кислоти)

$ NH_3 + BF_3> NH_3BF_3 $

Визначення підстави Льюїса включає і визначення Бренстеда - Лаурі, так як атоми з неподіленої електронної парою приєднують протон кислоти Бренстеда - Лаурі.

Кислоти Льюїса ($ L $-кислоти) і підстави можуть не містити протонів, і тоді їх називають апротонного.

Кислоти Льюїса як $ BF_3 $ і $ SO_3 $ не є кислотами Бренстеда - Лаурі, а кислоти $ HCl $, $ H_2SO_4 $, $ CH_3CO_2H $, не є кислотами Льюїса.

$ L $ - кислоти - це більшість катіонів, підстави Льюїса - більшість підстав. Солі є кислотно - основні комплекси.

Класифікація кислот і підстав Льюїса

Р.Дж. Пірсон в $ 1936 $ році запропонував класифікацію кислот і підстав Льюїса. Відповідно до цієї класифікації:

Жорсткі кислоти характеризуються малим радіусом і високим позитивним зарядом. Вони мають високу електронегативність, низьку здатність до поляризації, хороші акцептори електронних пар.

М'які кислоти мають менший заряд в порівнянні з жорсткими кислотами, мають більшу поляризуемостью і невисокою електронегативні.

Проміжні кислоти виявляють середні значення зарядів ядер, електронегативності і поляризуемости між жорсткими і м'якими кислотами.

Жорсткі підстави мають високу електронегативність, погано поляризуються і окислюються.

Наприклад: $ F ^ - $, $ Cl ^ - $, $ OH ^ - $, $ NH_3 $, $ H_2O $ і ін.

М'які підстави мають малу електронний торгівельний, легко поляризуються, проявляють властивості сильних відновників.

Наприклад: $ H ^ - $, $ I ^ - $, $ S ^ $, $ CO $, $ R_2S $ і ін.

Поняття кислотно основного каталізу

Залежно від природи кислоти і підстави розрізняють наступні типи кислотно - основного каталізу:

Специфічний кислотний (основний) каталіз. Активація реакції відбувається в результаті впливу іонів гідроксонію $ H_3O ^ + $ або іонами гідроксилу $ OH ^ - $.

Наприклад: за механізмом специфічного кислотного каталізу протікають гідратація ненасичених альдегідів, гідроліз ефірів, ацеталей; специфічний основний каталіз характерний для гідратації альдегідів, альдольної конденсації і ін.

Загальний кислотний (основний) каталіз. Каталізатором виступає кислота (крім $ H_3O ^ + $) або підставу Бренстеда.

Наприклад: каталітичне перетворення вуглеводнів нафти (каталітичний крекінг, алкілування, ізомеризація) протікає за механізмом спільного кислотного каталізу.

Електрофільні (або нуклеофільний) каталіз. Відбувається під дією кислот або підстав Льюїса.

Часто апротонні кислоти Льюїса ($ BF_3 $, $ AlCl_3 $, $ SbF_4 $, $ ZnCl_2 $) і протонні кислоти Бренстеда каталізують одні і ті ж реакції, при цьому каталітична активність апротонних кислот вище, ніж протонних. Це обумовлено тим, що у водних розчинах апротонні кислоти перетворюються в протонні.

В даний час найбільш сильною кислотою є $ SbF_5 $ в $ НF $.

Електронна теорія Льюїса розглядає кислоти і підстави більш поглиблено і широко, ніж інші теорії кислот і підстав.