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Transkript Lewis-Säuren und -Basen

Hallo und herzlich willkommen. In diesem Video wollen wir uns mal das Säure-Base-Konzept nach Lewis anschauen. Wir kannten bisher schon das brönstedtsche Säurebasekonzept, dazu gibt es auch bereits ein Video und nach dieser Vorstellung war eine Säure ein Stoff, der in der Lage ist, Protonen, also positiv geladene Wasserstoffionen abzugeben. Anders ausgedrückt, Säuren sind nach dem Brönstedtschen Säurebasenkonzept Protonendonatoren, also Protonenspender. Basen sind im Grunde das Gegenteil und Basen sind Protonenakzeptoren oder anders ausgedrückt, das sind Stoffe, die in der Lage sind, Protonen aufzunehmen, also irgendwie zu binden.  Gut, wir kommen nun zum lewisschen Säure-Base-Konzept und das stellt im Grunde einfach nur eine Weiterentwicklung dieses Brönstedtschen Begriffes dar und das bedeutet, wir fassen jetzt die Definition einfach ein bisschen weiter. Wir hatten hier die Beschränkung auf die Protonen und wir wollen den Begriff einfach ein bisschen weiter fassen und können damit ganz einfach noch ein paar Sachen mehr erklären, beziehungsweise sind von gewissen Lösungsmitteln wie eben Wasser oder auch dem Vorhandensein von Protonen unabhängig.  Gut, schauen wir uns erst mal die Definition an: eine Säure ist laut Lewis ein Elektronenpaarakzeptor. E- bedeutet Elektron, den Rest schreib ich auf, also Elektronenpaarakzeptor. Auch hier ist die Base das Gegenteil, und wenn die Säure diesmal der Akzeptor ist, dann ist die Base diesmal der Donator. Also haben wir es bei der Base mit einem Elektronenpaardonator zu tun. Während wir hier noch im Grunde vom Vorhandensein von Protonen abhängig waren, sind wir nun nur noch, beim Lewischen Säure-Base-Konzept, vom Vorhandensein von Elektronenpaaren abhängig. Elektronenpaare sind bedeutend häufiger zu finden als Protonen. Elektronenpaare gehören zur ganz normalen Natur von allen Verbindungen im Grunde, und so hat man diesen Begriff ganz einfach allgemeingültig gemacht.  Die Sache ist nun die, dass es wirklich einfach nur eine Weiterentwicklung ist, also hier werden keine Konzepte irgendwie verworfen, das sehen wir immer ganz leicht daran, wenn wir uns ganz einfach noch mal den Brönstedtschen Basebegriff zurück in den Kopf rufen. Ich wiederhole noch einmal, eine Base war ein Protonenakzeptor.Im Video zu den Brönstedtschen Basen hatte ich gesagt, dass diese Akzeptorfähigkeit dadurch zustande kommt, dass eine Base irgendwo über freie Elektronenpaare verfügt. Über diese freien Elektronenpaare, das sah dann irgendwie so aus, wir haben hier beispielsweise Stickstoff und irgendwo ein Proton, kommt dann eben die Bindung des Protons zustande und das Proton wird dann akzeptiert. Also Voraussetzung für eine Base im Brönstedtschen Begriff ein freies Elektronenpaar, das haben wir im Grunde jetzt nur noch hier hingeschrieben und wir hatten im Grunde die Aussage, dass dieses Elektronenpaar erst mal da sein muss und dann natürlich zur Verfügung gestellt werden kann. Also da gibt es keine großartigen Änderungen, die Hauptänderung, die betrifft im Grunde den Säurebegriff, hier haben wir jetzt die Aussage, dass diese Elektronen oder dieses Elektronenpaar an sich einfach nur akzeptiert werden muss, es ist aber keine Festlegung mehr da, durch welchen Stoff das eben passieren muss.  Also, bei Brönstedt musste dieses Proton die Elektronen akzeptieren und nun haben wir im Grunde die Aussage, dass das auch viele viele andere Stoffe können. Grundlage ist nun ganz einfach, dass dieser Stoff irgendwo Elektronen benötigt und das kann zum Beispiel dadurch geschehen, indem dieser Stoff zum Beispiel kein abgeschlossenes Elektronenoktett hat, also noch keine vollständige Edelgaskonfiguration hat und demzufolge noch auf der Suche nach weiteren Elektronen ist, um einen noch stabileren Zustand zu erreichen.  Gut, wir wollen uns einmal zwei Beispiele dazu anschauen. Wir schauen uns als erstes Mal ein Beispiel an, das wir nach beiden Konzepten sozusagen beschreiben könnten, und gucken uns das einfach an und danach schauen wir uns noch mal ein Beispiel an, das wir mithilfe des Brönstedtschen Begriffes noch nicht beschreiben könnten, was nun aber mit dem Lewisschen Säure-Base-Konzept oder den Begriffen möglich wird.  Gut, also ich hatte schon einmal eine kleine Andeutung gemacht, mit den Protonen und einem Stickstoff, genau dasselbe greif ich nun wieder auf, wir gehen einfach davon aus, dass wir irgendwo in der Lösung ein Proton haben, also auch eine Brönstedtsche Säure oder da liegt eine Brönstedtsche Säure im Grunde davor, die dann dieses Proton bildet, um ganz exakt zu bleiben und das geben wir jetzt einfach mit Ammoniak zusammen. Ammoniak verfügt am Stickstoff über ein freies Elektronenpaar und es kann nun über dieses freie Elektronenpaar hier sozusagen eine Bindung ausbilden und es kommt zur Bildung dieses Ammoniumions NH4+. Da hatten wir hier ein Proton, das verfügt hier über überhaupt keine Elektronen, die Edelgaskonfiguration erreicht es nun schon durch zwei Elektronen, also durch einziges Elektronenpaar, das ist halt die Besonderheit am Wasserstoff, das erreicht die Edelgaskonfiguration vom Helium. Wir haben hier also einen Elektronenmangel, eine Elektronenlücke und hier ein Elektronenpaar, das zur Verfügung gestellt werden kann. Das ist also sowohl Brönstedtsche Säure als auch Lewis Säure und genau dasselbe trifft auch hier beim Ammoniak zu, das ist schon nach Brönstedt eine Base und nach dem Lewischen Konzept ist es genauso eine Base. Konsequenz ist halt, wie schon gesagt, die Bildung des Ammoniumions. Diese Reaktion oder die Bildung des Ammoniuminos, die konnte man auch schon nach dem Brönstedtschen Begriff beschreiben, wir wollen uns nun mal ein weiteres Beispiel anschauen, und das wäre die Reaktion von Bortriflurid mit Ammoniak. Ammoniak haben wir eben schon gesehen, das macht sich gut, wir wollten im Grunde jetzt von diesem Protonenbegriff weg und das bedeutet, wir nehmen einfach mal eine andere Säure. Gut, Bortriflurid soll nun eine Säure sein, das schauen wir uns noch mal ein bisschen genauer an: Bortriflurid sieht im Grunde ganz schematisch so aus, das ist noch nicht die Valenzstrichformel, da müsste ich hier noch die freien Elektronenpaare einzeichnen und so weiter, ich möchte einfach bloß hier im Grunde zeigen, dass hier an dieser Stelle nichts ist. Also hier gibt es kein freies Elektronenpaar. Bor steht in der dritten Hauptgruppe, hat im Grunde alle Valenzelektronen sozusagen für Bindungen schon zur Verfügung gestellt und demzufolge verfügt Bor an sich nur über ein Elektronensextett, also auch anders ausgedrückt über eine Elektronenlücke. Es fehlen also zwei Elektronen um ein Elektronenoktett zu erreichen. Gut, wir haben noch weiterhin Ammoniak, da interessiert uns weiterhin der Rest erst einmal nicht, uns interessiert nur das freie Elektronenpaar. Ammoniak ist weiterhin eine Lewisbase, ist also in der Lage dieses freie Elektronenpaar abzugeben und Bortrifluorid soll jetzt unsere Lewissäure sein. Warum es das ist, hatte ich ja schon gesagt, eben weil hier eine Elektronenlücke besteht, wir können also sagen, hier ist irgendwo ein Mangel, das mal ich jetzt einfach mit einem Kreis sozusagen und dieser Mangel, der wird im Grunde ausgeglichen durch diese Bindungsbildung hier. Es kommt dann also zu dieser Verbindung, wir erhalten eine Borstickstoffbindung, das freie Elektronenpaar vom Stickstoff, das ist direkt an der Bindung sozusagen beteiligt und wir haben weiterhin hier unsere ganzen Fluors dran und hier natürlich auch noch den Ammoniak, also NH3. Fehlen hier noch 3 Wasserstoffe sozusagen. Um das Ganze hier jetzt auch noch komplett zu machen, müssen wir hier beim Stickstoff eine positive Ladung ranschreiben, Stickstoff ist ja jetzt vierbindig, und weil Bor jetzt ebenfalls vierbindig ist, allerdings nur in der dritten Hauptgruppe steht, bekommt Bor hier eine negative Ladung und damit ist das ganze dann wieder elektrisch neutral und das haut so hin. Also wir können jetzt mit diesem Lewischen Säure-Base-Begriff im Grunde auch solche Reaktionen beschreiben, also Reaktionen bei denen weder Protonen vorhanden sind, die paar Wasserstoffe, die hier irgendwo in der Verbindung sind, die sind nicht acid, die kommen also nicht zur Wirkung und wir sind auch unabhängig von Lösungsmittel, wie etwa Wasser. Also, der Brönstedtsche Begriff der war noch relativ eng an Protonen und an Wasser gebunden und beim Lewischen Konzept sind wir eben von diesen ganzen Sachen jetzt gelöst und wir betrachten im Grunde einfach nur noch die Wechselwirkung von Elektronenpaaren beziehungsweise von Elektronenlücken. Gut, damit kann man dann auch zum Beispiel die Bildung von Metallkomplexen und so weiter erklären, was eben mit dem Brönstedtschen Begriff so noch nicht möglich war. Gut, ich hoffe es war halbwegs verständlich und wünsche noch viel Spaß beim weiteren Chemie.

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