Кратко и по существу — три определения и где каждое наиболее полезно.
1) Бренстеда (Brønsted–Lowry)
- Определение: кислотa — донор протона, основание — акцептор протона.
- Формальное выражение: пример в воде $\mathrm{HCl}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to {\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}+\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$.
- Полезно для: кислотно‑основных равновесий (pKa, буферы), титраций, реакции переноса протона, описания амфотерности (вода: $2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons {\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$).
2) Льюиса (Lewis)
- Определение: кислотa — акцептор электронной пары, основание — донор электронной пары.
- Формальное выражение: образование донорно‑акцепторной (координационной) связи, пример $\mathrm{B}{\mathrm{F}}_3+:\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3\to {\mathrm{F}}_3\mathrm{B}-\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ (электронная пара от $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ переходит к $\mathrm{B}{\mathrm{F}}_3$).
- Полезно для: координационной и комплексной химии, катализа (например, Friedel–Crafts с $\mathrm{AlC}{\mathrm{l}}_3$), реакций, где нет переноса протона (нуклеофил‑электрофил взаимодействие, обмен лигандов у металлов).
3) Люис–Бренстеда (объединяющее соотношение)
- Смысл: перенос протона — частный случай льюисовской аддукции, потому что ${\mathrm{H}}^{+}$ — сильный акцептор электронной пары. Например ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+{\mathrm{H}}^{+}\to {\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}$ рассматривается и как перенос протона (Бренстед), и как принятие электронной пары (Льюис).
- Вывод: каждое определение имеет свою область применения: все Бренстед‑кислоты являются Льюис‑кислотами, но не все Льюис‑кислоты — Бренстед‑кислоты (например, $\mathrm{B}{\mathrm{F}}_3$ — Льюис‑кислота, протон не отдаёт).
Примеры реакций, где определение наиболее полезно
- Бренстед: диссоциация уксусной кислоты в воде $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{CO}{\mathrm{O}}^{-}+{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}$ — важна для расчёта pH и буферов.
- Льюис: комплексообразование $\mathrm{B}{\mathrm{F}}_3+:\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3\to {\mathrm{F}}_3\mathrm{B}-\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ или связывание лиганда с металлом $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}+6\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3\to [\mathrm{Fe}(\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3{)}_6{]}^{2+}$ — важны механистически и в каталитической химии.
- Люис–Бренстеда (связь): кислот‑катализируемые реакции, где протон активирует субстрат и одновременно действует как Льюис‑кислота (например, протонная активация карбонила в органическом синтезе).
Краткая памятка:
- Если речь о переносе протона — думайте Бренстед.
- Если речь о передаче электронной пары / координации / каталитической активации без протона — думайте Льюис.
- Для связи между ними: протон — частный случай Льюиса.