Acidi e Basi di Lewis

La teoria acido base di Arrhenius e la teoria acido base di Bronsted-Lowry spiegano il comportamento dissociativo in soluzione acquosa di alcune molecole. Secondo Arrhenius si definisce acido una sostanza che, disciolta in acqua, libera protoni (H⁺) e base una sostanza che, sempre in acqua, libera anioni ossidrili (OH^–). Abbiamo visto che questa teoria viene perfezionata da Bronsted e da Lowry che definiscono come acido una sostanza che dona protoni e come base una molecola che li riceve. Questa teoria supera il limite della precedente dovuto all’impossibilità materiale che ha un protone di esistere in soluzione senza legarsi ad una qualche altra specie. Queste teorie, comunque, hanno una limitazione dovuta dal fatto che non riescono a spiegare il comportamento acido di alcune sostanze, come il dicloruro di zinco (ZnCL₂) o il tricloruro di alluminio (AlCl₃) e nemmeno la basicità di molecole come il tricloruro di fosforo (PCl₃). Dette molecole, infatti, non possiedono nè protoni nè ioni ossidrili per cui apparentemente non possono caratterizzarsi come basi o come acidi.

Gli acidi e le basi di Lewis.

Secondo Lewis gli acidi sono le sostanze capaci di accettare un doppietto elettronico e le basi le molecole che donano un doppietto elettronico. Per comprendere meglio vediamo il caso del tricloruro di alluminio, un catalizzatore inorganico usato nella alogenazione del benzene. Vedremo che tale catalizzatore si comporta da acido di Lewis in presenza di cloro molecolare che, a sua volta, è una base di Lewis.

La struttura del tricloruro di alluminio è la seguente:

In particolare la configurazione elettronica dell’alluminio, che è ibridizzato sp2, è la seguente

Da come è possibile vedere, per il livello di energia 3, la regola dell’ottetto non è rispettata. Questa è una caratteristica degli acidi di Lewis che presentano un ottetto incompleto. Il sottolivello p, in particolare, è totalmente vuoto per cui può accettare un doppietto elettronico donato da una base di Lewis. Abbiamo scelto di vedere il sistema tricloruro di alluminio con il cloro molecolare per cui osserviamo la struttura di questa molecola

In particolare la configurazione elettronica del cloro fa si che nel sottolivello p del livello energetico 3 c’è un elettrone spaiato capace di coordinare un legame covalente con l’altro elettrone spaiato del cloro della molecola.

Il cloro molecolare può essere considerato una base di Lewis in quanto, attaccato dall’alluminio del trifluoruro di alluminio cede il doppietto elettronico del legame covalente che si insedia nel sottolivello energetico P dell’alluminio ibridizzato sp2. Vediamo schematicamente come questo avviene