Zahlreiche anorganische und organische Stoffe lassen sich je nach Verhaltensweise in chemischen Reaktionen in sauer oder basisch einteilen. Dabei gibt es diverse Definitionen der beiden Begriffe Säure und Base.
Die Definition, die Du vielleicht kennst, ist die Definition nach Brønsted bei der die Säure als Protonendonator und die Base als Protonenakzeptor gilt. In einer Reaktion gibt es stets ein korrespondierendes Säure/Basen-Paar. Zu der Protonen abgebenden Säure existiert nämlich auch immer eine Base, welches die Protonen der Säure aufnimmt. Die Brønsted Säuren und Basen lassen sich auch nach ihrer Stärke einteilen (Gleichgewichtskonstante Ks).
Eine weitere wichtige Definition für Säuren und Basen ist jene von Lewis. Sie teilt Säuren und Basen auf Grundlage ihres Verhaltens bezüglich Elektronen ein. Auch hier gibt es stets ein korrespondierendes Säure/Basen-Paar. Elektronen aufnehmende Säuren erhalten ihre Elektronen von den Elektronen abgebenden Basen. Die Stärke der Säuren und Basen gründet sich auf dem Bestreben Elektronen aufzunehmen.
Definition nach Lewis
Ob eine chemische Verbindung eine Lewis Säure oder Base ist, hängt vom Bestreben nach Aufnahme oder Abgabe von Elektronen ab. Die Idee dahinter liegt dem Prinzip kovalenter Bindungen innerhalb eines Moleküls zugrunde, die sich durch Elektronenpaare bilden. Die ionischen Bindungen erfolgen durch Redoxreaktionen und Elektronenübertragung. Hierbei entspricht die Stärke der Säure oder Base dem Bestreben, die Anzahl ihrer Valenzelektronen zu vervollständigen (Edelgasregel bzw. Oktettregel).
Lewis-Säure
Säuren sind nach Lewis definitionsgemäss chemische Verbindungen, die Elektronen aufnehmen können. Sie sind elektrophil und streben eine Vervollständigung ihrer Valenzelektronen an.
Kationen
teilweise positiv polarisierte Moleküle
chemische Verbindungen, die keine Edelgaskonfiguration besitzen (noch kein Elektronenoktett haben) also das Bestreben nach Aufnahme von Elektronen haben. Sie werden auch Elektronenmangelverbindungen genannt. (z.B. AlCl3,B(OH)3)
Lewis-Base
Basen sind nach Lewis definitionsgemäss chemische Verbindungen, welche Elektronen abgeben können. Sie sind nukleophil und streben die Abgabe ihrer Valenzelektronen an.
Anionen
Moleküle mit freiem, lokalisiertem Elektronenpaar
Brønsted
Lewis
Säure
Protonendonator (H+)
Elektronenakzeptor (e−)
Base
Protonenakzeptor (H+)
Elektronendonator (e−)
Unterschied
Brønsted-Säuren können Protonen an eine konjugierte Brønsted-Base abgeben.
Lewis-Säuren können Elektronen von einer Lewis-Base aufnehmen. Sie haben noch kein Elektronenoktett und streben nach Elektronen.
Beispiele
Beispiel 1:
Salzsäure + Wasser → Oxonium-Ion + Chlorid-Ion
HCl+H2O→H3O++Cl−
Nach Brønsted: HCl gibt ein Proton an H2O ab. HCl ist hier Protonendonator, also die Brønsted-Säure. Entsprechend ist H2O die Brønsted-Base.
Nach Lewis: HCl nimmt ein Elektronenpaar von H2O auf. HCl ist hier Elektronenakzeptor, also die Lewis-Säure. Entsprechend ist H2O die Lewis-Base.
Fazit Beispiel 1: Brønsted Säuren bzw. Basen sind in diesem Beispiel auch Lewis Säuren bzw. Basen.
Beispiel 2:
Ammonium + Salzsäure → Ammoniak + Chlorid-Ion
NH3+HCl→NH4+Cl−
Nach Brønsted: NH3 nimmt ein Proton von HCl auf. NH3 ist hier Protonenakzeptor, also die Brønsted-Base. Entsprechend ist HCl die Brønsted-Säure.
Nach Lewis: NH3 gibt ein Elektronenpaar an HCl ab. NH3 ist hier Elektronendonator, also die Lewis-Base. Entsprechend ist HCl die Lewis-Säure.
Fazit Beispiel 2: Brønsted Säuren bzw. Basen sind in diesem Beispiel auch Lewis Säuren bzw. Basen.
Beispiel 3:
Bortrifluorid + Ammonium → Amminboran
BF3+NH3→BF3NH3
Nach Brønsted: keine Säure/Basen Reaktion. Es erfolgt keine Übertragung von Protonen.
Nach Lewis: BF3 nimmt ein Elektronenpaar von NH3 auf. BF3 ist hier Elektronenakzeptor, also die Lewis-Säure. Entsprechend ist NH3 die Lewis-Base.
Fazit Beispiel 3: Da hier keine Protonenübertragung stattfindet, sind BF3 und NH3 keine Brønsted Säuren bzw. Basen. Es finden jedoch Übertragungen von Elektronenpaaren statt, weshalb hier nach Lewis-Definition ein Säure/Base-Paar vorliegt.
Beispiel 4:
Kupfer + Wasser → Hexaaqua-Kupfer-(II)-Komplex
Cu(aq)2++6H2O⇌[Cu[H2O]6][aq]2+
Nach Brønsted: keine Säure/Basen Reaktion. Es erfolgt keine Übertragung von Protonen.
Nach Lewis: BF3 Jedes H2O Molekül gibt ein Elektronenpaar an das Cu2+Ion ab. H2O ist hiermit die Lewis-Base. Das Cu2+nimmt Elektronenpaare der Wasser-Moleküle auf und ist entsprechend die Lewis-Säure.
Fazit Beispiel 4: Hier findet keine Protonenübertragung, jedoch eine Elektronenpaar-Übertragung statt. Die Wasser-Moleküle geben dem Kupfer jeweils ein Elektronenpaar, sie bilden gemeinsam den Hexaaqua-Kupfer-(II)-Komplex.
Hinweis: Lass Dich nicht verwirren. Die Lewis-Säuren und die Lewis-Strukturformeln sind nicht das Gleiche. Die Lewis Formel nennt man auch Elektronenformel und ist eine Strukturformel, die gerne für eine bildliche Darstellung von Atomen und Molekülen angewendet wird. Mit dieser Schreibweise werden Atome und ihre Valenzelektronen (Aussenelektronen), sowie ihre Bindungen zu anderen Atomen abgebildet.
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Eigenschaften von Metallen: Dichte, Härte, Leitfähigkeit
Teil 3
Elektronenpaarbindung im Orbitalmodell
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Teil 6
Lewis-Säuren und Basen
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Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Wonach werden Lewis-Säuren/Basen definiert?
Lewis-Säuren/Basen werden nach ihrem Bestreben, Elektronen auf- bzw. abzugeben, definiert.
Sind Lewis- bzw. Brønsted-Säuren und Basen dasselbe?
Nein. Es gibt chemische Reaktionen bei denen die Lewis-Säure bzw. Base auch eine Brønsted-Säure bzw. Base ist. Nicht jede Lewis-Säure/Base ist jedoch nach Brønsted auch eine Säure/Base. Das Säurekonzept nach Lewis erweitert den Säurebegriff, denn nicht alle Säuren haben Protonen, die sie abgeben können.
Was ist eine Lewis-Säure?
Eine Lewis-Säure ist eine chemische Verbindung, die Elektronen aufnehmen kann. Dazu gehören Kationen, teilweise positiv polarisierte Moleküle und generell chemische Verbindungen, die noch keine Edelgaskonfiguration besitzen.