Lewisin happojen ja emästen teoria, joka on nimetty kemisti GN Lewisin mukaan, pyrkii selventämään tapaa, jolla kaksi kemikaaliluokkaa – hapot ja emäkset – ovat vuorovaikutuksessa keskenään. Lewis -happo määritellään aineeksi, joka hyväksyy elektroniparin kemiallisessa reaktiossa, kun taas Lewisin emäs on aine, joka luovuttaa elektroniparin. Vaikka Lewisin määritelmät eivät ole laajalti opetettu käsitys hapoista ja emäksistä, ne ovat laajoja ja hyödyllisiä monenlaisten reaktioiden tutkimisessa.
Kemialliset yhdisteet koostuvat atomeista, jotka ovat sitoutuneet yhteen muodostaen molekyylin. Jokainen näistä atomeista koostuu positiivisesti varautuneesta ytimestä ja tietystä määrästä elektroneja, joilla on negatiivinen varaus. Elektronit kiertävät ytimen sarjassa orbitaaleja tai eri energiatasoja.
Jos atomilla on puutteita elektroneissa – tai toisin sanoen, jos sen orbitaaleilla on tilaa täyttää – se voi houkutella elektroneja toisesta atomista yhdistämällä nämä kaksi ainetta kemiallisen sidoksen kautta, jossa elektronit jaetaan. Lewisin emäs on yhdiste, joka lahjoittaa elektroniparin tässä prosessissa. Sidoksen elektronit jakautuvat usein epätasaisesti kahden atomin kesken, joten emäs voi tehokkaasti “menettää” ne toiselle yhdisteelle.
Lewisin teoria on hyödyllinen selittämään, miksi tietyt kemialliset reaktiot tapahtuvat. Esimerkiksi hiilidioksidi (CO2) reagoi veden (H2O) kanssa muodostaen hiilihappoa (H2CO3). Yksi hiiliatomi, joka on sitoutunut kahteen happiatomiin, tuottaa hiilidioksidia, kun taas kaksi vetyatomia ja yksi happiatomi muodostavat vettä.
Reaktion aikana veden happiatomi lahjoittaa elektroniparin hiilidioksidin hiiliatomille muodostaen siteen kahden molekyylin välille. Vesi on Lewisin perusta tässä tilanteessa, koska se on elektronien luovuttaja. Hiilidioksidi hyväksyy elektronit rakenteeseensa, joten se on Lewisin happo.
Edellä olevaa reaktiota ei voitu kuvata toisella suositulla hapon ja emäksen teorialla, Bronsted-Lowry-mallilla, koska se ei sisällä protoninsiirtoa. Bronsted-Lowryn teoria, toisin kuin Lewisin teoria, perustuu protoniluovutukseen. Tässä järjestelmässä happo on yhdiste, joka luovuttaa positiivisesti varautuneen hiukkasen, jota kutsutaan protoniksi, kun taas emäs on protonin vastaanottaja. Vaikka tämä malli on hyödyllinen monien vuorovaikutusten kuvaamisessa, Lewisin teoria on joskus parempi sen laajemman soveltamisalan vuoksi.
Lewisin emäkset luokitellaan erilaisiin tyyppeihin sen mukaan, mikä elektronirata lahjoittaa elektroniparin. Usein Lewisin emäs on anioni – aine tai yhdiste, jolla on negatiivinen varaus elektronien liiallisen määrän vuoksi. Ammoniakkia pidetään Lewisin emäksenä, samoin kuin vettä ja tiettyjä orgaanisia yhdisteitä.