AndreaObzerova/iStock/GettyImages

Zuren en basen zijn bekende concepten in de scheikunde, maar de term Lewiszuur verwijst naar een aparte klasse van reactanten. Terwijl het Brønsted-Lowry-raamwerk zich richt op protonenoverdracht, heeft G.N. Lewis breidde de definitie uit tot elke reactie waarbij elektronenparen worden uitgewisseld, en omvat daarmee ook niet-protonische processen.

TL;DR

Lewis-zuren accepteren elektronenparen, terwijl Lewis-basen deze doneren. Een elektron-deficiënte of positief geladen soort functioneert doorgaans als een Lewis-zuur.

In 1923 demonstreerde Lewis dit principe met behulp van een waterstofion (H⁺) en het hydroxide-ion (OH⁻). Terwijl de Brønsted-Lowry-theorie beschrijft dat OH⁻ een proton accepteert om water te vormen, beschouwde Lewis het waterstofion als een elektronenacceptor die een covalente binding vormt met het elektronenpaar uit hydroxide.

Definitie van een Lewiszuur

Een Lewis-zuur is elke chemische soort die in staat is een covalente binding te vormen door een elektronenpaar van een andere soort te accepteren. Vaak beschikken deze zuren over lege orbitalen die de binnenkomende elektronen kunnen huisvesten.

Omgekeerd een Lewis-basis is een soort die een elektronenpaar doneert om een covalente binding te vormen. De relatie tussen Lewis-zuren en basen is analoog aan de klassieke zuur-base-paring, maar wordt gedefinieerd door elektronenpaaroverdracht in plaats van protonenoverdracht.

Voorbeelden van Lewis-zuren zijn metaalkationen zoals Al³⁺ en Fe³⁺, waarvan de positieve lading de elektronendichtheid sterk aantrekt.

Lewis-zuurkatalysatoren

Een Lewis-zuurkatalysator versnelt een chemische reactie door elektronen van een substraat te accepteren, waardoor de reactiviteit ervan toeneemt. Belangrijk is dat de katalysator zelf niet wordt verbruikt bij de reactie; het wordt aan het einde van de katalytische cyclus geregenereerd.

AlCl3 als Lewiszuur

AlCl3 is een Lewis-zuur uit het leerboek. Aluminium heeft 17 valentie-elektronen, waardoor er een lege p-orbitaal overblijft die een elektronenpaar kan accepteren. Dankzij dit vermogen om elektronen te accepteren, kan AlCl₃ talrijke organische transformaties mogelijk maken.

NH₃ (Ammoniak) als Lewisbase

Ammoniak bevat een eenzaam elektronenpaar op stikstof, waardoor het dat paar kan doneren aan een elektronenaccepterende soort. Wanneer NH₃ reageert met HCl in een waterige oplossing, doneert de stikstof elektronen aan H⁺, waardoor NH₄⁺ ontstaat.

Zowel de Brønsted-Lowry- als de Lewis-concepten beschrijven gerelateerd chemisch gedrag, maar vanuit verschillende perspectieven:protonenoverdracht versus elektronenpaaroverdracht. Als u beide raamwerken begrijpt, krijgt u een uitgebreid beeld van de zuur-base-chemie.