bf3为什么是路易斯酸-自身有空轨道可接受孤对电子
上周做无机化学配位实验,配三氟化硼乙醚溶液的时候,突然卡住搞不懂bf3为什么是路易斯酸,课本上干瘪的定义根本没法贴合手上做的实验,越看理论越混乱。
一开始死板照着课本背定义,只记住路易斯酸是能接受电子对的物质,可看着bf3的结构式,始终没办法把空轨道和接受电子对这件事联系起来。随手在草稿纸上画硼原子的价电子,硼最外层只有3个价电子,分别和三个氟原子形成共价键,成键之后硼外层一共只有6个电子,压根没有达到八电子稳定结构,当时盯着这个草稿纸愣了很久,依旧没反应过来这就是它显酸性的关键。
只是单纯数电子数量,完全没法理解反应过程。
后面照着实验步骤,往bf3溶液里滴加少量乙醚,看着试管里原本澄清的液体慢慢出现分层消失、体系变得均一,才后知后觉看清了整个反应的本质。乙醚分子里的氧原子自带一对孤对电子,没有成键、处于闲置状态,而bf3中心的硼原子缺两个电子,刚好留有一个完整的空p轨道,不需要破坏自身原本的化学键,就能直接接纳氧原子给出的孤对电子,形成配位键,整个配位过程温和且迅速,没有出现剧烈放热之外的多余反应现象。
之前犯过一个很具体的错误,习惯性把路易斯酸碱和初高中接触的质子酸碱混为一谈。一直下意识觉得,只要是酸就必须能电离出氢离子,拿着这个固有认知去套bf3,发现它不含氢原子,根本没办法解离氢离子,直接推翻了自己之前所有的判断,一度怀疑课本标注出现了错误。那段时间绕了很大的弯路,反复对比盐酸、硫酸这类质子酸和三氟化硼的结构差异,越对比越混乱。
那一刻突然反应过来,划分路易斯酸碱,从头到尾和氢离子没有半点关系。
判断标准只看电子对的得失,给出电子对就是路易斯碱,接收电子对就是路易斯酸,仅此而已。不用纠结分子内部有没有氢元素,不用看水溶液里能不能电离出氢离子,只盯着中心原子有没有闲置空轨道就行。
课间和同班同学交流的时候,发现大部分人和我犯了一模一样的毛病。大家都习惯用中学酸碱理论评判所有酸性物质,忽略了路易斯酸碱是更广范围的通用判定规则。有人还固执认为,氟电负性极强,会把硼的电子全部拉扯过去,bf3应该显碱性,忽略了电负性影响的是分子极性,不会改变中心原子空轨道存在的事实,空p轨道始终客观存在,不会因为氟的吸电子作用直接消失。
又单独做了一次对照小测试,换用氨气替代乙醚和bf3接触。氨气的氮原子同样带有孤对电子,依旧可以顺利和bf3发生配位反应,现象和乙醚实验组高度重合。两次平行实验都印证了同一个事实,bf3核心的酸性来源,从来不是分子内的电子偏移,而是中心硼原子天生存在的未参与成键的空轨道。
最后拿着笔,直接在实验记录本上标注了最简单的判定手法:遇到无机缺电子分子,直接看中心原子价层电子数,少于8电子且存在空轨道,大概率可以充当路易斯酸,后续遇到同类物质直接套用这个方法核对就行。