什么是路易斯酸(Lewis Acid)？

路易斯酸這個詞是以美國化學家吉爾伯特·N·劉易斯的名字命名的。早期的化學家認為酸是一種帶有酸味的物質，它與一些金屬發生反應，中和堿或堿，產生鹽。然而，自19世紀末以來，人們一直試圖以更嚴格的方式定義酸和堿，并且解釋...

路易斯酸這個詞是以美國化學家吉爾伯特·N·劉易斯的名字命名的。早期的化學家認為酸是一種帶有酸味的物質，它與一些金屬發生反應，中和堿或堿，產生鹽。然而，自19世紀末以來，人們一直試圖以更嚴格的方式定義酸和堿，并且解釋酸堿反應中實際發生的事情的人。劉易斯的定義最廣。1883年，瑞典化學家斯萬特·阿倫尼烏斯（Svante Arrhenius）將酸定義為在水溶液中形成氫離子（H）的物質，氫離子是一種能形成氫氧化物（OH-）離子的物質。氫離子是一種簡單的質子，反應性太強，不可能存在于水溶液中，并且與水分子結合形成氫離子（H3O）。Arrhenius的定義被證明是非常有用的，涵蓋了大多數通常被認為是酸的化合物。例如，鹽酸，氯化氫氣體在水中的溶液，提供了在溶液中形成氫離子的氫離子：HCl H2O→H3O Cl-。這個定義一直到20世紀才成為標準，至今仍被頻繁使用。所有酸的一個定義性特征是中和堿生成鹽。例如鹽酸與氫氧化鈉的反應（NaOH）產生氯化鈉和水（H2O）：H3OCl-NaOH-→NaCl-H2O。根據Arrhenius的理論，鹽酸提供的H離子與氫氧化鈉提供的OH-離子結合生成水，而Na和Cl-離子結合生成鹽；然而，類似的反應也會發生不符合Arrhenius酸堿定義的化合物之間。例如，氣態氯化氫可與氣態氨反應生成氯化銨：HCl-NH3→NH4Cl-兩種化合物結合形成鹽，但由于它們不在溶液中，因此不存在H或OH-離子，因此根據Arrhenius，反應物不符合酸和堿的條件。1923年，兩位化學家——Johanes Bronsted和Thomas Lowry——獨立提出了一個新的定義。他們認為酸是質子供體和堿是質子受體。在酸堿反應中，酸向堿提供質子或硫；然而，反應物都不需要在溶液中，在反應之前，H或OH-離子實際上存在。這個定義包括所有阿倫尼烏斯酸和堿，同時也解釋了氣態氯化氫和氨作為酸堿反應的結合：共價氯化氫為氨提供了一個質子，形成了銨（NH4）離子，與Cl-離子形成離子化合物，酸和堿分別作為電子對受體和施主的擴展概念，酸堿反應是指反應物與堿形成一個配位鍵（一種共價鍵，其中兩個共享電子來自同一個原子），電子來自堿。在上述HCl–NaOH反應中，HCl提供的H離子接受來自NaOH提供的OH-離子的一對電子形成水因此，根據這個理論，路易斯堿是一種含有未結合電子對的化合物。路易斯酸的結構是通過與路易斯堿形成配位鍵來實現穩定的構型。堿不需要含有氫氧化離子或接受質子，Lewis酸不需要含氫或提供質子，Lewis酸的定義包括所有的Arrhenius酸和Bronsted Lowry酸，以及許多不符合Bronsted-Lowry或Arrhenius標準的物質這種物質的一個很好的例子是三氟化硼（BF3）。在這種化合物中，通常外層有三個電子的硼形成了共價鍵，與三個氟原子共用一對電子。雖然這種化合物是穩定的，它的外殼上還有兩個電子的空間，因此可以與電子對供體形成配位鍵，也就是堿基。例如，它可以與氨（NH3）結合，氨原子有一個氮原子和一個未結合的電子對，因為氮的外殼中的五個電子中有三個與三個氫原子共價鍵。因此，三氟化硼和氨的組合如下：BF3:NH3→BF3:NH3-"："代表來自氨的氮原子的電子對。因此，三氟化硼表現為路易斯酸以氨為基礎。

發表于 2020-09-18 01:54
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分類：科學教育

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