ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
77
онный критерий, обусловленный строением кислот и оснований, и
функциональный критерий, связанный с поведением этих молекул в
ходе химических реакций.
Подобный подход позволил Льюису выдвинуть следующую
идею: основанием является вещество, обладающее неподеленной па-
рой электронов, которая может быть использована для образования
стабильной электронной конфигурации другого атома, а кислотой –
вещество, комплектующее устойчивую группировку на одном из соб-
ственных атомов за счет неподеленной пары электронов другой моле-
кулы.
Тогда кислотно-основное взаимодействие может быть объясне-
но так: кислота представляет собой координационно-ненасыщенное
соединение и, следовательно, способное присоединять электронную
пару основания с образованием координационной ковалентной связи.
Согласно Льюису, в основу конституционного критерия кислот
и оснований положено строение электронной оболочки, а кислотно-
основное взаимодействие связано с обобщением пары электронов, по-
этому правомерно теорию Льюиса назвать «электронной теорией
кислот и оснований».
В теории Льюиса кислотно-основные взаимодействия можно
охарактеризовать 4 процессами.
1. Протекание реакции нейтрализации с образованием коорди-
национной ковалентной связи – первичный процесс, зачастую сопро-
вождающийся ионизацией и диссоциацией:
Основание + Кислота ↔ Продукт нейтрализации
В продукте нейтрализации (аддукте) электронная пара обобществлена
соответствующими атомами. Этим и отличается кислотно-основной
процесс от окислительно-восстановительного, в котором электроны
полностью переходят от восстановителя к окислителю, не обязательно
в виде пары.
Тогда становится понятным то, что к кислотам относятся не
только вещества, содержащие водород, способный переходить к дру-
гому веществу (в данном случае – к основанию) в виде протона, на-
пример, R
3
N: + H
+
→ [R
3
N:H]
+
, но и соединения, не содержащие во-
дород.
Поэтому данная концепция ликвидирует некоторый барьер меж-
ду протонными и апротонными кислотами: кислоты Бренстеда можно
называть «Н-кислотами», а кислоты Льюиса – «L-кислотами». Соеди-
нения, не имеющие в своем составе водород: BCl
3
, AlCl
3
, SO
3
по тео-
рии Льюиса должны быть причислены к кислотам, так как способны
78
при взаимодействии с основаниями присоединять свободную пару
электронов и быстро образовывать аддукт:
Cl
3
B + :NH
3
↔ Cl
3
B:NH
3
, O
3
S + :OH
2
↔ O
3
S:OH
3
A + :B ↔ A:B A + :B ↔ A:B
Br
3
Al + :NC
6
H
5
↔ B
3
Al:NC
6
H
5
A + B ↔ A:B
2. Более слабая кислота (или основание) может быть вытеснена
более сильной кислотой (или более сильным основанием) из их соеди-
нений. Показано, что хлорид бора – более сильная кислота, нежели
угольная (если быть точным, то хлорид бора – более сильная кислота,
чем диоксид углерода в примерах, представленных несколько ниже):
BCl
3
+ Na
2
CO
3
→ [Na
2
O:BCl
3
] + CO
2
Также известны примеры реакций вытеснения более слабых кислот из
их солей более сильными кислотами, например,
2H
+
+ CO
3
2
−
→ H
2
O + CO
2
.
Покажем пример вытеснения слабого основания более сильным,
который показывает еще раз, что концепция Льюиса не противоречит
таковой Бренстеда:
__
H
+
_
↓ |
H
2
O + HCl → H
3
O
+
+ Cl
−
Как видно, вода, являясь более сильным основанием, чем хлорид-ион,
вытесняет его из соединения с водородом (HCl).
Общую схему реакции вытеснения слабых оснований более
сильными из его аддуктов льюисовских кислот можно представить
следующим образом:
A : B
1
+ B
2
↔ A : B
2
+ B
1
В данной схеме А – кислота, В
1
и В
2
– основания разной силы. Лиганд-
ный обмен по принципу вытеснения лежит в основе получения коор-
динационных соединений следующего состава:
MeX
n
⋅mL + p NC
6
H
5
→ MeX
n
pNC
6
H
5
+ mL,
где, например: MeX
n
= SnCl
4
, L = CH
3
COOH, m = p = 2;
MeX
n
= BCl
3
, L = CH
3
(CO)CH
3
, m = p = 1.
3. Как известно, количественное определение кислот или осно-
ваний проводят в присутствии кислотно-основных индикаторов. Было
показано, что апротонные кислоты Льюиса реагируют с индикаторами
так же, как и протонные кислоты. Например, пиридин или триметила-
мин количественно оттитровывались в бензоле или четыреххлористом
углероде титрантами – кислотами Льюиса BCl
3
или SnCl
4
с такими из-
вестными индикаторами, как кристалл-виолет или тимоловый синий.
Сходное действие протонных и апротонных кислот на кислотно-
онный критерий, обусловленный строением кислот и оснований, и при взаимодействии с основаниями присоединять свободную пару
функциональный критерий, связанный с поведением этих молекул в электронов и быстро образовывать аддукт:
ходе химических реакций. Cl3B + :NH3 ↔ Cl3B:NH3, O3S + :OH2 ↔ O3S:OH3
Подобный подход позволил Льюису выдвинуть следующую A + :B ↔ A:B A + :B ↔ A:B
идею: основанием является вещество, обладающее неподеленной па- Br3Al + :NC6H5 ↔ B3Al:NC6H5
рой электронов, которая может быть использована для образования A + B ↔ A:B
стабильной электронной конфигурации другого атома, а кислотой – 2. Более слабая кислота (или основание) может быть вытеснена
вещество, комплектующее устойчивую группировку на одном из соб- более сильной кислотой (или более сильным основанием) из их соеди-
ственных атомов за счет неподеленной пары электронов другой моле- нений. Показано, что хлорид бора – более сильная кислота, нежели
кулы. угольная (если быть точным, то хлорид бора – более сильная кислота,
Тогда кислотно-основное взаимодействие может быть объясне- чем диоксид углерода в примерах, представленных несколько ниже):
но так: кислота представляет собой координационно-ненасыщенное BCl3 + Na2CO3 → [Na2O:BCl3] + CO2
соединение и, следовательно, способное присоединять электронную Также известны примеры реакций вытеснения более слабых кислот из
пару основания с образованием координационной ковалентной связи. их солей более сильными кислотами, например,
Согласно Льюису, в основу конституционного критерия кислот 2H+ + CO32− → H2O + CO2.
и оснований положено строение электронной оболочки, а кислотно- Покажем пример вытеснения слабого основания более сильным,
основное взаимодействие связано с обобщением пары электронов, по- который показывает еще раз, что концепция Льюиса не противоречит
этому правомерно теорию Льюиса назвать «электронной теорией таковой Бренстеда:
кислот и оснований». __H+_
В теории Льюиса кислотно-основные взаимодействия можно
↓ |
охарактеризовать 4 процессами.
H2O + HCl → H3O+ + Cl−
1. Протекание реакции нейтрализации с образованием коорди-
Как видно, вода, являясь более сильным основанием, чем хлорид-ион,
национной ковалентной связи – первичный процесс, зачастую сопро-
вытесняет его из соединения с водородом (HCl).
вождающийся ионизацией и диссоциацией:
Общую схему реакции вытеснения слабых оснований более
Основание + Кислота ↔ Продукт нейтрализации
сильными из его аддуктов льюисовских кислот можно представить
В продукте нейтрализации (аддукте) электронная пара обобществлена
следующим образом:
соответствующими атомами. Этим и отличается кислотно-основной
A : B1 + B2 ↔ A : B2 + B1
процесс от окислительно-восстановительного, в котором электроны
В данной схеме А – кислота, В1 и В2 – основания разной силы. Лиганд-
полностью переходят от восстановителя к окислителю, не обязательно
ный обмен по принципу вытеснения лежит в основе получения коор-
в виде пары.
динационных соединений следующего состава:
Тогда становится понятным то, что к кислотам относятся не
только вещества, содержащие водород, способный переходить к дру- MeXn⋅mL + p NC6H5 → MeXnpNC6H5 + mL,
гому веществу (в данном случае – к основанию) в виде протона, на- где, например: MeXn = SnCl4, L = CH3COOH, m = p = 2;
MeXn = BCl3, L = CH3 (CO)CH3, m = p = 1.
пример, R3N: + H+ → [R3N:H]+, но и соединения, не содержащие во-
3. Как известно, количественное определение кислот или осно-
дород.
ваний проводят в присутствии кислотно-основных индикаторов. Было
Поэтому данная концепция ликвидирует некоторый барьер меж-
показано, что апротонные кислоты Льюиса реагируют с индикаторами
ду протонными и апротонными кислотами: кислоты Бренстеда можно
так же, как и протонные кислоты. Например, пиридин или триметила-
называть «Н-кислотами», а кислоты Льюиса – «L-кислотами». Соеди-
мин количественно оттитровывались в бензоле или четыреххлористом
нения, не имеющие в своем составе водород: BCl3, AlCl3, SO3 по тео-
углероде титрантами – кислотами Льюиса BCl3 или SnCl4 с такими из-
рии Льюиса должны быть причислены к кислотам, так как способны
вестными индикаторами, как кристалл-виолет или тимоловый синий.
Сходное действие протонных и апротонных кислот на кислотно-
77 78
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- …
- следующая ›
- последняя »
