Lewis-teorin om syror och baser, uppkallad efter kemisten GN Lewis, försöker klargöra hur två klasser av kemikalier – syror och baser – interagerar med varandra. En Lewis-syra definieras som ett ämne som accepterar ett par elektroner i en kemisk reaktion, medan en Lewis-bas är ett ämne som donerar ett par elektroner. Även om det inte är den mest utbredda förståelsen av syror och baser, är Lewis-definitionerna breda och användbara för att studera många olika typer av reaktioner.
Kemiska föreningar är uppbyggda av atomer bundna till en molekyl. Var och en av dessa atomer består av en positivt laddad kärna och ett visst antal elektroner, som bär en negativ laddning. Elektronerna kretsar kring kärnan i en serie orbitaler, eller olika energinivåer.
Om en atom har brist på elektroner – eller, med andra ord, om den har utrymme i sina orbitaler att fylla – kan den attrahera elektroner från en annan atom och förbinda de två ämnena genom en kemisk bindning där elektronerna är delade. En Lewis-bas är den förening som donerar ett par elektroner i denna process. Elektronerna i en bindning är ofta ojämnt fördelade mellan två atomer, så basen kan effektivt ”tappa” dem till den andra föreningen.
Lewis-teorin är användbar för att förklara varför vissa kemiska reaktioner inträffar. Till exempel reagerar koldioxid (CO2) med vatten (H2O) och bildar kolsyra (H2CO3). En kolatom bunden till två syreatomer gör koldioxid, medan två väteatomer och en syreatom gör vatten.
Under reaktionens gång donerar vattnets syreatom ett par elektroner till kolatomen koldioxid och bildar en bindning mellan de två molekylerna. Vattnet är en Lewis-bas i denna situation, eftersom det är elektrondonatorn. Koldioxid tar emot elektronerna i sin struktur, så det är Lewis-syran.
Ovanstående reaktion kunde inte beskrivas av den andra populära teorin om syra och baser, Bronsted-Lowry-modellen, eftersom den inte involverar en protonöverföring. Bronsted-Lowry-teorin, till skillnad från Lewis-teorin, bygger på protondonation. I detta system är syran den förening som donerar en positivt laddad partikel, som kallas en proton, medan basen är protonacceptorn. Även om denna modell är användbar för att beskriva många interaktioner, föredras Lewis-teorin ibland på grund av dess bredare räckvidd.
Lewis-baser klassificeras i olika typer baserat på vilken elektronorbital som donerar elektronparet. Ofta är en Lewis-bas en anjon – ett ämne eller en förening som bär en negativ laddning på grund av ett överflöd av elektroner. Ammoniak anses vara en Lewis-bas, liksom vatten och vissa organiska föreningar.