什么是路易斯酸(Lewis Acid)？

路易斯酸这个词是以美国化学家吉尔伯特·N·刘易斯的名字命名的。早期的化学家认为酸是一种带有酸味的物质，它与一些金属发生反应，中和碱或碱，产生盐。然而，自19世纪末以来，人们一直试图以更严格的方式定义酸和碱，并且解释...

路易斯酸这个词是以美国化学家吉尔伯特·N·刘易斯的名字命名的。早期的化学家认为酸是一种带有酸味的物质，它与一些金属发生反应，中和碱或碱，产生盐。然而，自19世纪末以来，人们一直试图以更严格的方式定义酸和碱，并且解释酸碱反应中实际发生的事情的人。刘易斯的定义最广。1883年，瑞典化学家斯万特·阿伦尼乌斯（Svante Arrhenius）将酸定义为在水溶液中形成氢离子（H）的物质，氢离子是一种能形成氢氧化物（OH-）离子的物质。氢离子是一种简单的质子，反应性太强，不可能存在于水溶液中，并且与水分子结合形成氢离子（H3O）。Arrhenius的定义被证明是非常有用的，涵盖了大多数通常被认为是酸的化合物。例如，盐酸，氯化氢气体在水中的溶液，提供了在溶液中形成氢离子的氢离子：HCl H2O→H3O Cl-。这个定义一直到20世纪才成为标准，至今仍被频繁使用。所有酸的一个定义性特征是中和碱生成盐。例如盐酸与氢氧化钠的反应（NaOH）产生氯化钠和水（H2O）：H3OCl-NaOH-→NaCl-H2O。根据Arrhenius的理论，盐酸提供的H离子与氢氧化钠提供的OH-离子结合生成水，而Na和Cl-离子结合生成盐；然而，类似的反应也会发生不符合Arrhenius酸碱定义的化合物之间。例如，气态氯化氢可与气态氨反应生成氯化铵：HCl-NH3→NH4Cl-两种化合物结合形成盐，但由于它们不在溶液中，因此不存在H或OH-离子，因此根据Arrhenius，反应物不符合酸和碱的条件。1923年，两位化学家——Johanes Bronsted和Thomas Lowry——独立提出了一个新的定义。他们认为酸是质子供体和碱是质子受体。在酸碱反应中，酸向碱提供质子或硫；然而，反应物都不需要在溶液中，在反应之前，H或OH-离子实际上存在。这个定义包括所有阿伦尼乌斯酸和碱，同时也解释了气态氯化氢和氨作为酸碱反应的结合：共价氯化氢为氨提供了一个质子，形成了铵（NH4）离子，与Cl-离子形成离子化合物，酸和碱分别作为电子对受体和施主的扩展概念，酸碱反应是指反应物与碱形成一个配位键（一种共价键，其中两个共享电子来自同一个原子），电子来自碱。在上述HCl–NaOH反应中，HCl提供的H离子接受来自NaOH提供的OH-离子的一对电子形成水因此，根据这个理论，路易斯碱是一种含有未结合电子对的化合物。路易斯酸的结构是通过与路易斯碱形成配位键来实现稳定的构型。碱不需要含有氢氧化离子或接受质子，Lewis酸不需要含氢或提供质子，Lewis酸的定义包括所有的Arrhenius酸和Bronsted Lowry酸，以及许多不符合Bronsted-Lowry或Arrhenius标准的物质这种物质的一个很好的例子是三氟化硼（BF3）。在这种化合物中，通常外层有三个电子的硼形成了共价键，与三个氟原子共用一对电子。虽然这种化合物是稳定的，它的外壳上还有两个电子的空间，因此可以与电子对供体形成配位键，也就是碱基。例如，它可以与氨（NH3）结合，氨原子有一个氮原子和一个未结合的电子对，因为氮的外壳中的五个电子中有三个与三个氢原子共价键。因此，三氟化硼和氨的组合如下：BF3:NH3→BF3:NH3-"："代表来自氨的氮原子的电子对。因此，三氟化硼表现为路易斯酸以氨为基础。

发表于 2020-09-18 01:54
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分类：科学教育

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