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軟硬酸鹼理論簡稱HSAB(英語:Hard-Soft-Acid-Base)理論,是一種嘗試解釋酸鹼反應及其性質的現代理論。20世紀60年代初,拉爾夫·皮爾遜採用HSAB原理,嘗試統一有機和無機化學反應。它目前在化學研究中得到了廣泛的應用,其中最重要的莫過於對配合物穩定性的判別和其反應機理的解釋。軟硬酸鹼理論的基礎是酸鹼電子論,即以電子對得失作為判定酸、鹼的標準(即路易斯酸鹼理論)。該理論可用於定性描述,而非定量的描述,這將有助於了解化學性質和反應的主要驅動因素。尤其是在過渡金屬化學,化學家們已經完成了無數次實驗,以確定配體和過渡金屬離子本身的硬和軟方面的相對順序。
此條目需要補充更多來源。 (2014年7月24日) |
在軟硬酸鹼理論中,酸、鹼被分別歸為「硬」、「軟」兩種。「硬」是指那些具有較高電荷密度、較小半徑的粒子(離子、原子、分子),即電荷密度與粒子半徑的比值較大。「軟」是指那些具有較低電荷密度和較大半徑的粒子。「硬」粒子的極化性較低,但極性較大;「軟」粒子的極化性較高,但極性較小。
此理論的中心主旨是,在所有其他因素相同時,「軟」的酸與「軟」的鹼反應較快速,形成較強鍵結;而「硬」的酸與「硬」的鹼反應較快速,形成較強鍵結。
大體上來說,「硬親硬,軟親軟」生成的化合物較穩定。
拉爾夫·皮爾森在六十年代首次提出了該理論。自那以後,化學家們不斷開拓該理論的應用範圍,使之如今已成為了最重要的無機化學基礎理論之一。
極端的情況下[需要解釋],還定義了交界酸及交界鹼
以電子伏特為單位的化學硬度 | |||||
酸 | 鹼 | ||||
氫正離子 | H+ | +∞[1] | 氟離子 | F- | 7 |
鋁離子 | Al3+ | 45.8 | 氨 | NH3 | 6.8 |
鋰離子 | Li+ | 35.1 | 氫負離子 | H- | 6.8 |
鈧離子 | Sc3+ | 24.6 | 一氧化碳 | CO | 6.0 |
鈉離子 | Na+ | 21.1 | 氫氧根離子 | OH- | 5.6 |
鑭離子 | La3+ | 15.4 | 氰根離子 | CN- | 5.3 |
鋅離子 | Zn2+ | 10.8 | 磷化氫 | PH3 | 5.0 |
二氧化碳 | CO2 | 10.8 | 亞硝酸根離子 | NO2- | 4.5 |
二氧化硫 | SO2 | 5.6 | 氫硫酸氫根離子 | SH- | 4.1 |
碘 | I2 | 3.4 | 甲基負離子 | CH3- | 4.0 |
1983年,Parr與Pearson將軟硬酸鹼理論從定性發展到了定量層面,並提出了化學硬度(chemical hardness,以η表示)的概念,它與一個化學體系的總能量對穩定核環境(fixed nuclear environment)中的電子數的二階偏微分成正比:[2]
其中的係數只影響絕對值,可以任意指定,一般使用Pearson所用的二分之一[3]。
其中I為電離能,A為電子親和能。這個表達式也指出存在能隙的體系中,化學硬度與能隙大小成正比。
總能量對電子數的一階偏微分即體系的化學勢(以μ表示):
對其作同樣的近似,可以得到:
這個值是密立根標度電負性(以χ表示)的相反數:μ = −χ.
從而得到化學硬度與密立根電負性的關係:
在這個意義上,「硬」指的是抵抗極化或變形的能力強,「軟」即相應的能力弱。
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