La teoria degli acidi e delle basi di Lewis, che prende il nome dal chimico GN Lewis, cerca di chiarire il modo in cui due classi di sostanze chimiche – acidi e basi – interagiscono tra loro. Un acido di Lewis è definito come una sostanza che accetta una coppia di elettroni in una reazione chimica, mentre una base di Lewis è una sostanza che dona una coppia di elettroni. Sebbene non sia la comprensione più insegnata di acidi e basi, le definizioni di Lewis sono ampie e utili per studiare molti diversi tipi di reazioni.
I composti chimici sono costituiti da atomi legati tra loro per formare una molecola. Ciascuno di questi atomi è costituito da un nucleo con carica positiva e da un certo numero di elettroni, che portano una carica negativa. Gli elettroni circondano il nucleo in una serie di orbitali, o diversi livelli di energia.
Se un atomo è carente di elettroni – o, in altre parole, se ha spazio nei suoi orbitali da riempire – può attrarre elettroni da un altro atomo, collegando le due sostanze attraverso un legame chimico in cui gli elettroni sono condivisi. Una base di Lewis è il composto che dona una coppia di elettroni in questo processo. Gli elettroni in un legame sono spesso condivisi in modo non uniforme tra due atomi, quindi la base può effettivamente “perderli” all’altro composto.
La teoria di Lewis è utile per spiegare perché si verificano determinate reazioni chimiche. Ad esempio, l’anidride carbonica (CO2) reagisce con l’acqua (H2O) per formare acido carbonico (H2CO3). Un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno produce anidride carbonica, mentre due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno producono acqua.
Nel corso della reazione, l’atomo di ossigeno dell’acqua dona una coppia di elettroni all’atomo di carbonio dell’anidride carbonica, formando un legame tra le due molecole. L’acqua è una base di Lewis in questa situazione, poiché è il donatore di elettroni. L’anidride carbonica accetta gli elettroni nella sua struttura, quindi è l’acido di Lewis.
La reazione di cui sopra non potrebbe essere descritta dall’altra teoria popolare di acido e basi, il modello Bronsted-Lowry, perché non comporta un trasferimento di protoni. La teoria di Bronsted-Lowry, a differenza della teoria di Lewis, si basa sulla donazione di protoni. In questo sistema, l’acido è il composto che dona una particella carica positivamente, chiamata protone, mentre la base è l’accettore di protoni. Sebbene questo modello sia utile per descrivere molte interazioni, la teoria di Lewis è talvolta preferita a causa della sua portata più ampia.
Le basi di Lewis sono classificate in diversi tipi in base a quale orbitale elettronico dona la coppia di elettroni. Spesso, una base di Lewis sarà un anione, una sostanza o un composto che trasporta una carica negativa a causa di una sovrabbondanza di elettroni. L’ammoniaca è considerata una base di Lewis, così come l’acqua e alcuni composti organici.