ルイス酸・塩基の判別

今回の記事では化学の「酸と塩基」分野の「ルイス酸・ルイス塩基」の判別についての解説をしていきます。(まだちょっと途中)

ではまず、「酸と塩基」についておさらいしておきましょう。

酸と塩基

酸と塩基は定義の仕方が以下の3つあります。

・アレニウスによって定義された酸・塩基

・ブレンステッド・ローリーによって定義された酸・塩基

・ルイスによって定義された酸・塩基

3種類も定義がある理由は簡潔に言うと「アップデートしていったから」です。
ブレンステッド・ローリーの定義は、アレニウスの定義の”アップデート版”であり、ルイスの定義はブレンステッド・ローリーの”アップデート版”になります。

(定義の違いは注意する必要がありますが、基本的になんの断りもなく「酸と塩基」と言うときはブレンステッド・ローリーの定義の下での酸・塩基のことを指しています。)

ではこれから、3つの「酸・塩基」の定義の違いを順番に見ていきます。

アレニウスの定義による酸・塩基

アレニウスの定義

酸:水溶液中で水素イオン(プロトン)H⁺を生じる電解質

塩基:OHを含んでいて、水溶液中で水酸化物イオンOH⁻を生じる電解質

アレニウスの定義では、水溶液中への溶解を表す反応式を書いたときに、H+を生じるか、OH-を生じるかによって酸・塩基を判別します。

例えば、HCl(塩酸)は水溶液中で

HCl → H⁺ + Cl⁻

と電離するので、H⁺を生じる「酸」と判断できます。

また、NaOH(水酸化ナトリウム)の場合

NaOH → Na⁺ + OH⁻

より、OH⁻を生じる「塩基」と判断できます。

このアレニウスの定義は適用できる物質が限られており、「炭酸ナトリウム (Na₂CO₃) 」や「アンモニア (NH₃) 」といった「パッと見でH⁺が出るのか、OH⁻が出るのかの判断ができない物質」の酸・塩基の判別ができません。

そこで次に出てくるのがこのアレニウスの定義を拡張した、ブレンステッド・ローリーの定義です。

ブレンステッド・ローリーの定義による酸・塩基

ブレンステッド・ローリーの定義では、ある化学式におけるH⁺(プロトン)の授受に注目して判別する。

ブレンステッド・ローリーの定義

酸:プロトンを与える(プロトン供与体)

塩基:プロトンを受け取る(プロトン受容体)

一般に、どの定義で判別したのかを言われずに「酸と塩基」と言われたときは、上述の2つのアレニウスブレンステッドローリーの定義で判別されています。

ルイス酸・ルイス塩基

ルイス(Gilbert Newton Lewis, 1875 ~ 1946)が定義した酸・塩基をルイス酸・ルイス塩基といいます。

前述の二つの酸・塩基の定義(アレニウス、ブレンステッド)をさらに拡張したのが、この「ルイス酸・ルイス塩基」の考え方で、電子対の授受に着目して酸・塩基を判別します。

ルイスの定義

酸(ルイス酸):電子対を受け取る物質(電子対受容体)

塩基(ルイス塩基):電子対を与える物質(電子対供与体)

ルイス酸とルイス塩基の中和反応の電子式

ルイスの定義は電子対を「与えるのか受け取るのか」がごっちゃになりやすいです。

私は「ルイスさん(酸)はスゴイ人なので、色んな人から電子対をもらう。」と、語呂で覚えています。


以上が3つの酸・塩基の定義です。

正直、日常生活ではほぼブレンステッドの定義しか使いませんが、大学受験や院試の「酸・塩基の判別」を聞くような問題では3つとも聞かれるので、そういうテストを受ける人は3つの違いを覚えておいた方が良いでしょう。

以下、おまけで酸・塩基の判別法についての例題です。

(執筆途中)

例題:ルイス酸・ルイス塩基の判別

問1

以下の反応(1)について、Brønsted–Lowryの定義に基づいて酸・塩基を定義した場合、HCl、H₂Oはそれぞれ[酸・塩基・どちらでもない]のいずれに分類されるか。
また、同化学式についてLewisの定義に基づいて酸・塩基を定義した場合、HCl、H₂Oはそれぞれ[酸・塩基・どちらでもない]のいずれに分類されるか。

HCl + H₂O = Cl⁻ + H₃O⁺ ・・・(1)

問2

以下の化学式についてLewisの定義を用いると、NH₃とH₂Oは[ルイス酸・ルイス塩基・どちらでもない]のいずれに分類されるか。


問1解答

Brensted-Lowryの定義の場合:HClは酸、H₂Oは塩基。

Lewisの定義の場合:HClは酸でも塩基でもない。H₂Oは塩基(電子対をH⁺に供与してるから)。(ちなみにルイス酸はH⁺)

問2解答

まとめ

今回はルイス酸・ルイス塩基の判別法を例題つきで解説しました。

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Posted by arabica