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La mystérieuse réaction chimique entre les acides et les bases de Lewis : comment se forment les liaisons invisibles ?
Dans le monde de la chimie, la réaction entre les acides et les bases de Lewis est comme deux danseurs, formant une liaison apparemment mystérieuse grâce à l’interaction invisible de paires d’électrons. La base de cette réaction provient d'une théorie proposée par le chimiste physique américain Gilbert N. Lewis. Selon la théorie de Lewis, un acide de Lewis est une espèce chimique qui peut accepter des paires d’électrons, tandis qu’une base de Lewis est une substance qui peut donner ces paires d’électrons.
Par exemple, l'ammoniac (NH3) agit comme une base de Lewis car il possède une paire d'électrons non liée qui peut facilement donner cette paire d'électrons à un acide de Lewis tel que le triméthylborane ((CH3)3B), formant ainsi un adduit de Lewis. (Adduit de Lewis ). Au cours de ce processus, la paire d'électrons isolés de NH3 se combine avec l'orbitale vide du triméthylbore pour former un composé stable NH3·BMe3. En plus de montrer l’interaction entre les acides et les bases de Lewis, ce phénomène met également en évidence les connexions invisibles entre les atomes.
Le cœur de ce processus est le partage d'une paire d'électrons entre les deux, formant ce qu'on appelle une liaison poussée.
Si nous explorons plus en détail les acides de Lewis, nous pouvons découvrir qu’il existe une grande variété de types. Les exemples les plus simples incluent les composés qui réagissent directement avec les bases de Lewis, tels que les trihalogénures et les pentahalogénures de bore. Cependant, dans certains cas, comme l'halogénation des alcools, le cation méthyle (CH3+) peut également être considéré comme un acide de Lewis car il peut accepter une paire d'électrons d'une base de Lewis. Bien que cette classification soit controversée dans les manuels scolaires, selon la définition de l'IUPAC, les acides et les bases de Lewis réagissent pour former des adduits de Lewis.
En revanche, la définition de la base de Lewis est tout aussi large. Les bases de Lewis typiques comprennent l'ammoniac (NH3) et ses dérivés tels que les alkylamines, et leur force est généralement corrélée positivement à la valeur pKa de l'acide parent. De nombreux donneurs de paires d’électrons, tels que l’ion hydrogène (H−), l’ion fluorure (F−) et l’eau (H2O), peuvent être considérés comme des bases de Lewis typiques.
Ces bases de Lewis fondamentales sont non seulement d’une grande importance théorique, mais leurs applications pratiques jouent également un rôle indispensable dans les réactions catalytiques.
Un exemple classique est l'halogénation de Friedel-Crafts des alcools, dont l'étape clé est que le chlorure d'aluminium (AlCl3), un acide de Lewis, accepte la paire d'électrons isolés de l'ion chlorure pour former un intermédiaire fortement chargé. Ces réactions démontrent donc comment l’interaction entre les acides et les bases de Lewis entraîne des réactions chimiques.
La classification des acides et des bases durs et mous fournit également, dans une certaine mesure, des indices sur notre compréhension des propriétés des acides et des bases de Lewis. En général, les acides durs tels que les cations hydrogène (H+) et les cations de métaux alcalino-terreux sont petits et difficiles à polariser, tandis que les acides mous tels que les cations argent (Ag+) sont plus gros et facilement polarisés. Cette classification peut non seulement prédire la force de réaction entre différents acides et bases, mais également aider les chimistes à choisir les conditions de réaction appropriées dans les applications pratiques.
Outre les discussions théoriques, la quantification de l’acidité des acides de Lewis est également un objectif que les chimistes continuent de poursuivre. De nombreuses méthodes telles que les techniques de mesure de décalage RMN et IR ont été développées pour évaluer avec précision les changements d'énergie des interactions acide-base. Le développement ultérieur de ces techniques nous a permis d’acquérir une compréhension plus approfondie des mécanismes de réaction des acides et des bases de Lewis.
Dans l'histoire du développement académique, bien que la théorie acido-basique de Lewis ait été proposée en 1923, elle a été complétée plus tard par la théorie de Bronstedt pour former le système de chimie acido-basique plus complet d'aujourd'hui. Par conséquent, explorer les mystères entre les acides et les bases de Lewis n’est pas seulement un défi majeur dans les réactions chimiques, mais aussi une partie indispensable de l’éducation chimique.
L'interaction entre les acides et les bases de Lewis joue non seulement un rôle important dans les réactions chimiques en laboratoire, mais joue également un rôle clé dans de nombreux domaines d'application tels que la médecine et la science des matériaux. Alors, dans la recherche chimique future, comment les acides et les bases de Lewis feront-ils progresser notre compréhension et notre utilisation de la matière ?
