Teorii Lewisových kyselin s ohledem na prvky hlavní skupiny nemůžete dostatečně pochopit, pokud pouze kreslíte jednoduché Lewisovy struktury (které by podle definice měly mít úplné oktety u všech prvků hlavní skupiny) a pak se snažíte najít akceptory elektronových párů. No, abychom byli zcela upřímní, možná budete mít štěstí u sloučenin boru, ale tím hra skončí.
Většině lidí je poměrně jasné, že kationty kovů mohou působit jako Lewisovy kyseliny: jsou kladně nabité, protože ztratily alespoň jeden elektron. Mají také relativně nízko položené orbitaly (např. ten, který ztratil elektron), s nimiž mohou Lewisovy báze interagovat. U molekul, jako je $\ce{CO2}$, je však třeba více přemýšlet.
Chcete-li analyzovat molekulu, jako je $\ce{CO2}$, měli byste začít přemýšlením o polaritě příslušných vazeb. Periodická tabulka nebo jakákoli stránka s údaji, do které chcete nahlédnout, nám řekne, že kyslík je mnohem polárnější než uhlík; proto jsou vazby polarizovány směrem ke kyslíku. To lze ilustrovat formalismem částečného náboje, jak je znázorněno níže.
$$\ce{\overset{\delta -}{O}=\overset{\delta +}{C}=\overset{\delta -}{O}}\tag{1}$$
Toto první znázornění nám již říká, že uhlíku poněkud „chybí elektrony“. I když to samo o sobě ještě není důkazem Lewisovy kyselosti, je to silný náznak. Pokud bychom se ponořili hlouběji, museli bychom se zabývat molekulovými orbitaly $\ce{CO2}$. Existují dva symetricky ekvivalentní, ale na sebe kolmé π systémy, oba obsazené čtyřmi elektrony; oba lze považovat za allylový aniontový typ π systému. Protože je zcela symetrický, můžeme nakreslit následující tři rezonanční struktury (pro upřesnění byl do schématu zahrnut také allylový aniont $\ce{C3H5-}$).
$$\begin{array}{ccccc}\ce{O=C=O &<->& \overset{+}{O}#C-\overset{-}{O}. &<->& O=\overset{+}{C}-\overset{-}{O}}\\\ce{H2\overset{-}{C}-CH=CH2 &<->& H2C=CH-\overset{-}{C}H2 &<->& H2\overset{-}{C}-\overset{+}{C}H-\overset{-}{C}H2}\end{array}\tag{2}$$
V tomto zobrazení, jsem zvolil, že levá dvojná vazba patří do kolmého systému π a pravá dvojná vazba je zajímavá analogicky k allylovému aniontu. Proto bude na levé polovině oxidu uhličitého vždy o jednu vazbu více než na allylovém aniontu. Záporný náboj (tj. osamělý pár) přítomný na levém uhlíku allylového aniontu odpovídá osamělému páru levého kyslíku v oxidu uhličitém; osamělý pár je podle konvence neoznačený.
Na těchto vyobrazeních můžeme pozorovat rezonanční strukturu, ve které má uhlík oxidu uhličitého kladný náboj, a tedy elektronový sextet. Pokud se podíváte na skutečné dotyčné orbitaly, dva obsazené vazebné orbitaly (jeden lze nazvat nevazebným) mají vysoký příspěvek kyslíku, zatímco antivazebný orbital π3 je primárně uhlíkový. Tento orbital je také nejnižším neobsazeným molekulovým orbitalem (LUMO), a tedy tím, který nás zajímá při určování Lewisovy kyselosti. Zjistíme, že je energeticky nízko položený a snadno přístupný, a proto s ním Lewisovy zásady (např. hydroxid, amoniak) mohou snadno interagovat.
Reakci Lewisovy kyseliny a zásady lze také odhadnout při pohledu na rezonanční struktury. Protože Lewisova báze interaguje s antivazebným orbitalem π3, přeruší jednu z dvojných vazeb $\ce{C=O}$, což vede k následující struktuře:
$$\ce{\color{cyan}{O}=C=O + \color{blue}{O}H- -> H\color{blue}{O}-C(=\color{cyan}{O})-\overset{-}{O}}\tag{3}$
Okreslil jsem oxygeny modrou a azurovou barvou (a černou), aby se daly od sebe odlišit.