شرح تفصيلي لقاعدة لويس

في معظم الوقت يعتمد الكيميائيون على تطبيق نظرية برونستد للأحماض والقواعد (Bronsted Acid-Base Theory)، وفيها يمنح الحمض البروتونات، وتستقبل القاعدة هذه البروتونات، ولكن هذا المفهوم لا ينطبق على العديد من التفاعلات، وخصوصًا للتفاعلات التي تحدث للغازات أو المواد الصلبة، أما نظرية لويس (The Lewis theory) فتصب اهتمامها على انتقال الإلكترونات بدلًا من انتقال البروتونات، فتعطي نظرة أشمل، وتمنح الكيميائين توقعات أكثر لتفاعلات الأحماض والقواعد.[١]


تنص نظرية لويس للأحماض والقواعد (بالإنجليزي: Lewis Acid Base Theory)؛ على أن الحمض هو الذي يكتسب الإلكترونات، بينما القاعدة هي التي تعطي الإلكترونات، أي أن الإلكترونات تنتقل من القاعدة إلى الحمض، فينتج عنها رابطة تساهمية (Covalent Bond)؛ هذه النظرية للحمض والقاعدة سهلت على علماء الكيمياء، فهم تصرف بعض المواد التي لا تنطبق عليها القاعدة التقليدية للأحماض والقواعد؛ والتي يشكل فيها الحمض أيون الهيدروجين  أما القاعدة فتُشكل أيون الهيدروكسيد  أي أن الأحماض هي التي تُعطي البروتونات والقاعدة هي التي تستقبل البروتونات.[٢]


يشمل تعريف لويس مفهوم أكبر من ذلك؛ حيث إنه يفسر حالات التفاعل التي لا تحتوي على أيون الهيدروجين ، كما في التفاعلات الحيوية في جسم الإنسان، والتي تتضمن الحديد والهيموغلوبين والتي لا يوجد فيها انتقالٌ للبروتونات، وبالتالي فإن مثل هذه التفاعلات يمكن وصفها من خلال تعريف تفاعلات لويس للأحماض والقواعد.[٢]


قاعدة لويس وأمثلة عليها

يُطلق على المادة التي تستقبل الإلكترونات اسم حمض لويس (Lewis Acid)، أما المادة التي تمنح الإلكترونات، فيطلق عليها اسم قاعدة لويس (Lewis Base)، ويرتبط كل من حمض لويس وقاعدة لويس برابطة تساهمية عندما يتفاعلان معًا، وتكتب المعادلة العامة لتفاعل حمض وقاعدة لويس كما يأتي:[٣][١]





أمثلة مختلفة على قواعد لويس

فيما يأتي بعض الأمثلة على كيفية تحديد قواعد لويس:


السؤال:

أيٌ من هذه المركبات هو قاعدة لويس (B2H6، LiAlh4، Alh3، NH3)؟[٤]

الحل:

الجواب الصحيح هو NH3 وذلك لأنه يحتوي على زوج من الإلكترونات غير الرابطة أي أنها ليست ضمن الرابطة الداخلية للمركب وبالتالي تستطيع التفاعل مع حمض لويس برابطة تساهمية.




السؤال:

أيٌ من هذه المركبات يمكن اعتباره قاعدة لويس وقاعدة برونستد (-BF3، Cl-، CO، HCO3)؟[٥]

الحل:

الجواب الصحيح هو -HCO3وذلك لأنها تستقبل البروتونات وبالتالي تسمى قاعدة برونستد؛ وتستطيع التصرف كقاعدة برونستد وقاعدة لويس معاً.




السؤال:

أيٌ من هذه المركبات هو قاعدة لويس (CH4، C2H5OH، acetone، secondary amine)؟[٦]

الحل:

الجواب الصحيح هو أن مركب C2H5OH ومركب الـ secondary amine هما قاعدة لويس بسبب وجود زوج من الإلكترونات الحرة غير الرابطة وبالتالي تمنح زوج من الإلكترونات، ففي المركب C2H5OH يتواجد زوج الإلكترونات الحرة على ذرة الأكسجين، بينما مركب الـ secondary amine يتواجد زوج الإلكترونات الحرة على ذرة النيتروجين.




السؤال:

أيٌ من هذه المركبات لا يعتبر قاعدة لويس (NH3، PH3، (CH3)3N، HN3 )؟[٧]

الحل:

الجواب الصحيح هو مركب HN3 وذلك لأن قاعدة لويس هي مادة تتلك القدرة على إعطاء زوج من الإلكترونات؛ وهذا المركب يستقبل زوج الإلكترونات، وبالتالي فهو حمض لويس، أما باقي المركبات فهي تحتوي على زوج من الإلكترونات الحرة وتعتبر قاعدة لويس.




الفرق بين نظرية لويس ونظرية ارهينوس وبرونستد لوري

تختلف نظرية لويس (Lewis Description) عن نظرية ارهينوس و برونستد لوري (Arrhenius and Bronsted-Lowry Descriptions) في تفاعلات الأحماض والقواعد، ولكن تكون النتيجة واحدة في النهاية، فعلى سبيل المثال؛ عند تفاعل حمض الهيدروكلوريد (HCl) مع قاعدة هيدروكسيد الصوديوم (NaOH)، يتفكك كلا المركبين في الماء لينتج عنهما الأيونات التالية: (, , ) بحيث يكون أيون الهيدروجين  وأيون الهيدروكسيد  هما أيونات التفاعل الذي ينتج عنهما جزيء الماء  ثم يتفاعل أيون الصوديوم مع أيون الكلور لينتج عنهما مركب  (ملح الطعام) داخل المحلول.[٨]


وعلى ضوء ذلك يمكن تعريف حمض وقاعدة لويس كما أتى:[٨]

  • حمض لويس: هو أي مادة تستقبل الإلكترونات.
  • قاعدة لويس: هي أي مادة تمنح الإلكترونات.


تفاعلات لويس التي لا تحتوي على بروتونات

تعطي نظرية لويس نظرة أشمل للتفاعلات؛ وبالتالي يمكن أن تشمل التفاعلات التي تحتوي لا على بروتونات (Non-Proton Lewis Acid-Base Reactions)، ومن الأمثلة على ذلك تفاعل مركب ثلاثي فلوريد البورون مع مركب الأمونيا لينتج عنه أمونيوم-ثلاثي فلوريد البورون حسب المعادلة التالية:[٩]





في هذه المعادلة يكون مركب  هو حمض لويس الذي يستقبل زوج الإلكترونات من مركب الأمونيا  والذي يعتبر قاعدة لويس، ففي هذا التفاعل تحتوي الأمونيا على زوج من الإلكترونات غير رابطة يستقبلها مركب الأمونيوم-ثلاثي فلوريد البورون فتتكون رابطة تساهمية بين المركبين.[٩]


المراجع

  1. ^ أ ب "Significance of Lewis Acid-Base Reactions", thoughtco. Edited.
  2. ^ أ ب "What Happens in a Lewis Acid Base Reaction?", sciencing. Edited.
  3. ↑ "Lewis base", britannica. Edited.
  4. ↑ "Question", toppr. Edited.
  5. ↑ "Question", toppr. Edited.
  6. ↑ "Question", toppr. Edited.
  7. ↑ "Question", toppr. Edited.
  8. ^ أ ب "The Lewis Description of Traditional Acid-Base Reactions", sciencing. Edited.
  9. ^ أ ب "Non-Proton Lewis Acid-Base Reactions", sciencing. Edited.