Коротко и по сути.
1) Теория Бренстеда (Brønsted‑Lowry)
- Определение: кислотa — донор протона $H^{+}$, основание — акцептор протона.
- Формула диссоциации: $HA\rightleftharpoons H^{+}+A^{-}$. Константа кислотности: $K_a=\frac{[H^{+}][A^{-}]}{[HA]}$. Связь с силой кислоты через $p{K}_a=-{\log }_{10}{K}_a$.
- Пример типичной протонной реакции: $HCl+H_{2}O\to H_3{O}^{+}+C{l}^{-}$. Здесь очевидно переносится протон; удобно анализировать равновесия и pH.
- Применимость: идеальна для протонных реакций в протонных (протирующих) средах, для расчёта равновесий кислот‑оснований и титраций.
2) Теория Льюиса
- Определение: кислота (Льюиса) — акцептор электронной пары, основание (Льюиса) — донор электронной пары.
- Запись образования координатной связи: $B{F}_3+N{H}_3\to F_{3}B:N{H}_3$ (бор — электронно‑дефицитный, амин даёт пару).
- Пример катализа и образования комплексов: $RCl+AlC{l}_3\to R^{+}+AlC{l}_4^{-}$ (Фридель‑Крафтс; $AlC{l}_3$ действует как Льюис‑кислота, генерируя электрофил). Или комплексообразование с металлами: $A{g}^{+}+2N{H}_3\to [Ag(N{H}_3{)}_2{]}^{+}$.
- Применимость: шире по области — охватывает любые реакции обмена электронными парами, в том числе в непроотных средах, органической каталитике, координационной химии и механизмах электрофильной/нуклеофильной реакции.
3) Когда какая теория очевиднее
- Преимущество Бренстеда: при обсуждении pH, кислотных и щелочных равновесий в воде, титраций, кислотной константы — например сравнение силы $HCl$ и уксусной кислоты: $p{K}_a(HCl)\approx -7$, $p{K}_a(C{H}_{3}COOH)=4.76$.
- Преимущество Льюиса: когда нет переноса протона, но идёт обмен электронными парами или образование комплексов — например образование аддукта $B{F}_3$ с $N{H}_3$ или роль $AlC{l}_3$ в Фридель‑Крафтс: эти процессы плохо описываются Бренстедом, но естественно — в терминах Льюиса.
4) Вывод
- Теории дополняют друг друга: Бренстед хорош для протонной химии и количественного анализа кислотности в протонных средах; Льюис — более общая концепция для электрофилов/нуклеофилов, катализа и координации. При анализе конкретной реакции выбирают ту модель, которая даёт ясное и полезное представление о переносе протона или электронной пары.