نظریه لوییس

در سال 1923، "لوییس" درباره رفتار اسید و باز تعریفی را بر حسب دادن زوج الکترون و پذیرفتن آن پیشنهاد کرد. تعریف لوییس به خاطر سادگی و کارآیی وسیعش شاید بیش از تمام تعاریف دیگر بخصوص در زمینه واکنشهای آلی موارد استفاده قرار گرفته باشد.

برهمکنشهای لوییس در حلال قطبی

آنچه اکنون بیشترین توجه را به خود معطوف ساخته است، کوششهایی است که برای ارزیابی و ارتباط دادن صورت اسید و بازها صورت می‌گیرد. بسیاری از اینها در فاز گاز و تعداد بیشتری در حلالهای بی‌پروتون و ناقطبی اندازه گیری شده‌اند، به این امید که در آنها ، اثرهای حلال به حداقل برسد.

چندین روش برای سنجش قدرت اسید و باز وجود دارد. متداول این است که میزان بر همکنش یک اسید و یک باز را با آنتالپی واکنش آنها برابر بگیرند. در برخی موارد این آنتالپی با گرماسنجی مستقیم اندازه گیری شده است، یعنی برای یک فرایند آدیاباتیک در فشار ثابت ، H∆ برابر q است. این آنتالپی واکنش از اندازه گیری ثابت تعادل واکنش اسید و باز در یک گستره دمایی بدست می‌آید. اگر lnK نسبت به T \ یک رسم شود، شیب آن برابر با H/R خواهد شد.

از این رو ، روشهای تجربی گوناگونی برای اندازه‌گیری ثابت تعادل توسط روشهای طیف نور سنجی ابداع گردیده‌اند. هر جذبی که بین یکی از واکنش دهندگان (خواه اسید یا باز) و محصول افزایشی اسید- باز متفاوت باشد، یک منبع اطلاعاتی بالقوه برای مقدار ثابت تعادل است، زیرا غلظت دو گونه از سه گونه ای را که در تعادل دخالت دارند، بطور مستقیم و غلظت گونه سوم را بطور غیر مستقیم از اطلاعات مربوط به استوکیومتری واکنش بدست می‌دهد.

مثلا واکنش ترکیبات آلی کربونیل‌دار و ید را که بطور وسیع مطالعه شده‌اند، در نظر بگیرید. فرکانس جذب زیر قرمز کربونیل در محصولات افزایشی نسبت به ترکیب کربونیل آزاد جابجا می‌شود.

روشهای دیگر اندازه گیری آنتالپی واکنشهای اسید- باز

روشهای دیگر اندازه گیری آنتالپی واکنشهای اسید- باز ، مستلزم اندازه‌گیری بعضی از خواص فیزیکی است که به قدرت برهکنش آن دو بستگی داشته باشد. عموما چنین روشهایی باید با یکی از اندازه‌گیریهای نوع قبل مقایسه و درجه‌بندی می‌شوند، ولی به محض انجام این امر ، اغلب می‌توان این روشها را در مورد واکنشهایی که اندازه‌گیری‌هایشان با دیگر وسایل مشکل است، بسط داد.

یک نمونه از این کار ، مطالعه فنل به عنوان یک اسید لوییس است. فنل با بازهای لوییس بخصوص آنهایی که یک اتم دهنده با بار منفی بزرگ دارند، پیوند هیدروژنی قوی تشکیل می‌دهد. تشکیل پیوند از درون ، چگالی الکترون گروه O-H- فنل و نیز فرکانس کششی هیدروژن را در طیف زیر قرمز تغییر می‌دهد. همین که فرکانسهای یک دسته از محصولات افزایشی شناخته شده فنل- باز برای درجه بندی بکار برده شوند، تخمین مستقیم آنتالپی تشکیل محصولات افزایشی بازهایی که گروههای عاملی مشابه دارند، از روی طیف IR میسر می‌گردد.

 

اصول برهم کنشهای اسید- باز لوییس

"دراگو" و همکارانش ، چند راه را برای بیان آنتالپی واکنشها بر حسب پارامترهای سهیم اسیدها و بازها پیشنهاد کرده‌اند:

H∆=E_AE_B + C_AC_B-

که در آنها ، H∆ آنتالپی تشکیل محصولات افزایشی اسید- باز لوییس است، C_A و E_A پارامترهای ویژه اسید و C_B و E_B پارامترهای ویژه بازند. پارامترهای E را به‌عنوان استعداد گونه‌ها برای برهمکنش الکتروستاتیکی (یونی یا دو قطبی- دو قطبی) تفسیر کرده‌اند و پارامترهای C استعداد آنها برای تشکیبل پیوند کووالانسی هستند.

از این معادله انتظار داریم، اسیدهایی که بطور الکتروستاتیکی خوب پیوند تشکیل می‌دهند (E_A بزرگ دارند) ، پایدارترین محصولات افزایشی خود را با بازهایی بسازند که پیوند الکتروستاتیک تشکیل می‌دهند (چون در آن صورت ، حاصلضرب E_AE_B بزرگ خواهد بود). بر عکس ، اسیدهایی که بطور کووالانسی خوب پیوند تشکیل می‌دهند، معمولا پایدارترین محصولات افزایشی خود را با بازهایی بسازند که بطور کووالانسی خوب پیوند تشکیل می‌دهند.

کار این معادله در پیش‌بینی آنتالپی واکنش بسیاری از اسیدها و بازها رضایت بخش است و در واقع وقتی با اسیدها و بازهای خنثی سروکار داریم، این یک معادله برتر است.