路易斯酸与碱

路易斯酸和碱的定义基于电子的转移。因此，根据路易斯酸碱理论及其反应，路易斯碱是电子对的供体，而路易斯酸是电子对的接受体。因此，路易斯碱倾向于将电子对捐赠给路易斯酸，形成具有配位共价键的产物。该产物被称为路易斯加合物。

它们以美国化学家吉尔伯特·牛顿·路易斯的名字命名。他引入了基于电子转移的更广泛的酸碱概念。它被称为路易斯概念。

路易斯酸

它们是具有接受电子对倾向的化学物质，这归因于它们空的轨道。它们可以被称为亲电试剂，因为它们是电子不足的化学物质，因此具有强烈的接受电子的倾向。术语“路易斯酸”通常用于表示具有三角平面结构和空 p 轨道的化学物质。例如，BR₃，其中 R 可以是卤素或有机取代基。

此外，还有一些物质可以被认为是路易斯酸和路易斯碱，因为它们可以接受和捐赠电子对，这取决于反应。例如，水。

路易斯酸的一些例子

以下化学物质可以充当路易斯酸，因为它们可以接受电子对

• H⁺ 离子（质子）和翁离子，例如 H₃O⁺
• 高氧化态的 D 区元素，如 Fe³⁺
• 金属阳离子，如 Mg2+ 和 Li+，可以与水形成配位化合物，并充当配体，它们作为路易斯酸，因为它们可以接受电子对
• H₃C⁺ 和其他三角平面物质产生的碳正离子

路易斯碱

具有最高占据分子轨道的化学物质（原子或分子）可以充当路易斯碱，这归因于其将电子对捐赠给路易斯酸以形成加合物的能力。

一些常见的路易斯碱包括氨、烷基胺等。它们通常是阴离子的，它们的碱强度随母体酸的 pKa 值而变化。路易斯碱被分类为亲核试剂，因为它们富含电子并倾向于捐赠电子对。

路易斯碱的例子

• 吡啶及其衍生物，由于其捐赠电子的能力，被认为是路易斯碱
• 其中氧、硫、硒和碲（元素周期表的第 16 族元素）显示氧化态为 -2 的化合物。例如，水、酮等。
• 具有电子对的阴离子，例如 H^- 和 F^-。此外，像硫酸根阴离子（SO₄^2-）这样的复杂阴离子也可以捐赠电子对
• 富含电子的 ?-系统，例如苯、乙炔、乙烷也倾向于捐赠电子

此外，许多具有孤对电子的分子被称为路易斯碱，这归因于它们捐赠电子对的能力。例如，CH3^- 和 OH^-。

路易斯酸和碱之间的化学反应

1. 与 H+ 离子的反应
   H⁺，它是一种路易斯酸，与 H₂O（一种路易斯碱）反应。在该反应中，质子和水分子相互反应形成水合氢离子 (H₃O⁺)，如下所示
   H⁺ + H₂O → H₃O⁺
   H⁺ 是一种路易斯酸，它从氧原子接受一个电子对，形成配位共价键。在该反应中形成的路易斯酸带 +1 电荷。类似地，H⁺ 在与氨 (NH₃) 反应形成铵离子 (NH₄+) 时充当路易斯酸。参见以下反应
   NH₃ + H⁺ → NH₄⁺
   在这里，氮原子将电子对捐赠给质子，形成铵阳离子（路易斯加合物）。
2. Ag+ 和氨的反应
   在这里，反应发生在两个路易斯碱和一个路易斯酸之间，形成加合物，如下所示；
   2NH3 + Ag⁺ → Ag (NH3)₂⁺
   在这里，Ag+ 是路易斯酸，氨是路易斯碱。在该反应中，每个氮原子向 Ag⁺ 提供一个电子对，这导致形成两个单独的配位共价键。
3. 氟离子和三氟化硼的反应
   在该反应中，配位键形成于氟阴离子 (F^-) 和三氟化硼 (BF₃) 之间。反应如下进行
   F^- + BF₃ → (BF₄)^-
   在这种情况下，F^- 提供，BF₃ 接受电子对形成加合物。

路易斯酸和碱的主要应用

• 路易斯酸用作 Friedel-Crafts 反应中的催化剂，其中 AlCl₃ 从氯离子接收孤对电子形成 AlCl₄^-。
• 它还形成亲电子碳正离子，这是一种强路易斯酸。
• 在有机化学中，路易斯酸是各种阳离子或假阳离子化学反应所必需的。
• 路易斯酸有助于改变金属催化剂的选择性和活性。

路易斯概念的优点

• 它还考虑了质子不参与的反应。
• 它比其他酸碱概念更详细。
• 它包含了金属氧化物的基本特性和非金属氧化物的酸性特性。
• 当质子概念不适用时，它非常有用。
• 它还解释了 H⁺ 是一种路易斯酸，而 OH^- 是一种路易斯碱。

路易斯概念的局限性

它没有说明酸和碱的强度，因为它没有讨论电离过程。不能根据其相对强度对路易斯酸和碱进行任何排序。酸或碱的强度取决于它参与的反应类型。

酸碱化学反应通常会迅速发生，但是，许多路易斯酸和碱反应非常缓慢。事实上，配位共价键的形成（路易斯概念）是一个缓慢的过程。