Acidi di Lewis: esempi, reazioni

Gli acidi di Lewis così chiamati in onore del chimico fisico americano Gilbert N. Lewis sono molecole o ioni in grado di accettare una coppia di elettroni formando un legame di coordinazione.

Un legame covalente coordinato detto legame dativo si verifica quando uno degli atomi nel legame fornisce entrambi gli elettroni di legame. Ad esempio, un legame covalente coordinato si verifica quando una molecola d’acqua si combina con uno ione idrogeno per formare uno ione idronio.

Tra gli esempi tipici degli acidi di Lewis vi sono  specie che hanno un orbitale p vuoto come ad esempio il boro che ha configurazione elettronica 1s², 2s², 2p¹.

A seguito della promozione di un elettrone dall’orbitale 2s all’orbitale 2p il boro ha tre elettroni spaiati con i quali forma tre orbitali ibridi sp² che si dispongono planarmente con angoli di 120°. Il boro forma composti del tipo BX₃ e ha un orbitale p vuoto.

Secondo Lewis si definiscono basi quelle specie capaci di donare un doppietto elettronico come, ad esempio l’ammoniaca in cui l’azoto ha un doppietto elettronico solitario.

Pertanto una classica reazione acido-base di Lewis è quella tra l’ammoniaca NH₃ e il trifluoruro di boro BF₃ che formano un addotto:
NH₃ + BF₃ → NH₃ ∙ BF₃

Formazione di complessi

Gli ioni metallici in soluzione agiscono da acidi di Lewis per dar luogo a un composto di coordinazione. In acqua infatti lo ione metallico coordina intorno a sé un certo numero di molecole di acqua che agiscono da basi di Lewis.

Ad esempio lo ione Fe³⁺ in acqua dà il complesso esaacquoferro (III) [Fe(H₂O)₆]³⁺in cui lo ione Fe³⁺ agisce da acido di Lewis mentre l’acqua agisce da base di Lewis.

Oltre all’acqua anche l’ammoniaca può agire da base di Lewis nei confronti di cationi metallici come ad esempio lo ione Mg²⁺ per dare il complesso esaamminomagnesio:
Mg²⁺ + 6 NH₃ → [Mg(NH₃)_6]²⁺

Reazioni degli acidi di Lewis

Gli acidi di Lewis reagiscono con la base di Lewis più forte e quindi i complessi acquosi possono subire un cambio del legante. Ad esempio il tetraacquorame (II) reagisce con l’ammoniaca per dare il tetraammino rame (II):
[Cu(H₂O)₄]²⁺ + 4 NH₃ → [Cu(NH₃)₄]²⁺ + 4 H₂O

Comportamento analogo al rame lo mostra il nichel:
[Ni(H₂O)₆]²⁺ + 6 NH₃ → [Ni(NH₃)₆]²⁺ + 6 H₂O

Vi sono, tuttavia, complessi in cui l’acqua costituisce il legante che, in presenza di ammoniaca, non cambiano legante come, ad esempio [Pb(H₂O)₄]²⁺ che, in presenza di ammoniaca, dà luogo alla precipitazione dell’idrossido di piombo.