请教一下何谓软酸硬酸理论,如何知道一个物质是软酸还是硬酸,又没有特别的参数来定义他们的软硬程度 [ Last edited by daiqiguang on 2007-5-9 at 07:46 ] 返回小木虫查看更多
将酸和碱根据性质的不同各分为软硬两类的理论。1963年由r.g.皮尔孙提出。本理论适用于说明多种化学现象,如酸碱反应、金属和配位体间的作用、配离子形成(见配位化学),共价键和离子键的形成等。 简史 1958年s.阿尔兰德、j.查特和n.r.戴维斯根据某些配位原子易与ag+、hg2+、pt2+配位,而另一些配位原子易与al3+、ti4+等配位, 将金属离子和配位原子分成a和b两类。a类金属离子包括碱金属、 碱土金属、高氧化数的轻过渡元素ti4+、fe3+、cr3+和h+;b类金属离子包括较重的、低氧化数的过渡元素cu+、ag+、hg2+、pt2+。a类金属离子的特性随氧化数升高而加强,它优先与体积小、电负性大的原子结合;b类金属离子形成化合物的稳定性,因配位原子的电负性增大而减弱: c≈s>i>br>cl>n>o>f此顺序几乎(不是全部)和 a类金属离子形成化合物的稳定性顺序相反(见表),如与水相比,硫醚r2s (r为烷基)与b类金属离子hg2+、pt2+、pd2+等配位倾向较强。这个经验性总结有助于判断配位化合物的稳定性。 内容 皮尔孙在前人工作的基础上提出以软硬酸碱来区分a类和b类金属离子和配位原子。硬酸包括 a类金属离子,硬碱包括h2o、f-等;软酸包括b类金属离子,软碱包括h-、i-等;交界酸包括 fe2+、cu2+,交界碱包括no娛、so娫 等(表1)。 皮尔孙提出酸碱反应的规律为:硬酸优先与硬碱结合,软酸优先与软碱结合。这是一个很有用的经验规则。 应用 软硬酸碱理论可说明多种化学现象。 取代反应 酸碱取代作用倾向于形成硬-硬、软-软化合物: hi(g)+f-(g)─→hf(g)+i-(g) δh=-263.6kj/mol式中g为气态。h+是硬酸,优先与硬碱f-结合,反应放热。 双取代反应也倾向于生成硬-硬、软-软化合物,反应放热,如li+、be2+是硬酸(be2+比sr2+硬),f-是硬碱,i-是软碱,反应如下: lii+csf─→lif+csi δh=-65.7kj/mol bei2+srf2─→bef2+sri2 δh=-200.8kj/mol 化合物的稳定性 软-软、硬-硬化合物较为稳定。如软酸cu+易与软碱cn-生成稳定的配位化合物(简称配合物)cu(cn)娛,其稳定常数lgβ2=24,此值大于cu+与硬碱nh3配合物cu(nh3)娚的稳定常数(lgβ2=10.8);又如软酸cd2+与软碱cn-的配合物cd(cn)?车奈榷ǔJ齦gβ4=18.9,大于cd2+与硬碱nh3配合物cd(nh3)娸的稳定常数(lgβ4=6.92);软碱i-易与软酸i2、ag+形成稳定的i婣、agi娛,而硬碱却不能形成稳定的i2f-、agf娛。 一般软-硬化合物不够稳定,如ch2f2易分解: 2ch2f2(g)─→ch4(g)+cf4(g) 硬酸mg2+、ca2+、sr2+、ba2+、al3+等在自然界的矿物都是与硬碱o2-、f-、co娫、so娸 等的化合物,而软酸ag+、hg2+等主要是与软碱s2-等的化合物。 高氧化数金属的化合物都是氧化物和氟化物,属硬-硬化合物,如oso4、mn2o7、if7、osf6;而某些低氧化数的金属与软碱的化合物比较稳定,如mn(co)5cl。 溶解度 物质的溶解也是溶质和溶剂间的酸碱反应。常用的硬碱溶剂水和氨,较易溶解硬酸-硬碱的化合物,如licl、mgso4、kno3、…;而软碱溶剂如苯等,易溶解软酸br2、i2。 软酸ag+与硬碱f-的化合物易溶于水,而软酸ag+与软碱br-、i-的化合物难溶。ag+与硬碱nh3配合物的稳定常数lgβ2=7.4。对软酸ag+来说,碱的软性减弱顺序是: 硬溶剂优先溶解硬溶质,软溶剂优先溶解软溶质。许多有机化合物不易溶于水,就是因为水是硬碱。 金属的电极电势 m(s)─→mn+(aq)+ne式中s为固态;aq为水溶液。金属离子化倾向取决于三个过程的能量: m(s)─→m(g) (升华) m(g)─→mn+(g)+ne (电离) mn+(g)+ne─→mn+(aq)+ne (水合)式中g为气态。金属的升华、电离都是吸热过程,水合是放热过程。从能量角度看,反应的推动力是水合能。若mn+是硬酸,则较易与硬碱(水)结合,金属的电极电势偏高;若mn+是软酸,与水的结合力较弱,金属的电势相应偏低。对于软酸(如ag+),如加入软碱(如 br-等),因发生软-软结合,使金属的标准电极电势有所降低,如: 在液氨溶剂中,由于nh3不如h2o强,使某些硬酸的电势有所升高,而有些软酸的电势有所降低(与在水中的电极电势比),如表。 异性双基配体的配位情况 常见到的异性双基配体(见配位化合物)有 scn-、secn-、 ocn-、cno-、cn-、s2o娫、…等,它们与何种原子配位,也可以利用硬-硬、软-软结合规则来判断:fe3+是硬酸,将与scn-中“硬端”n原子结合成fe(ncs)3,其他如表所示。 类聚作用 酸或碱的接受或给予原子的酸碱性受形成配合物时配位体软、硬性的影响。一般软配位体倾向于使酸、碱变软,而硬的配位体趋向于使硬性增强。如【cof(nh3)5】2+比【coi(nh3)5】2+稳定,因硬碱nh3加强了co的硬性,使之更易与强碱f-结合。反之,若用软碱cn-代替硬碱nh3,加强了co的软性,使 【co(cn)5i】3-稳定,而【co(cn)5f】3-则不能形成。 加合反应热效应 表2是水溶液中的几个酸碱反应实例,前六个都是硬酸-硬碱的结合,δh(焓变)的绝对值都不大,tδs(t为温度;δs为熵变)是较大的正值,其正向反应的推动力是tδs;软酸-软碱结合的δh为负值,tδs也是较小的值。 在水溶液中,软酸-软碱、硬酸-硬碱类型的结合,其δh和tδs值的差别与水合作用有关。h2o是硬性物,硬碱、硬酸原先都有强烈的水合作用,当硬酸和硬碱加合时,排挤出原先的水分子,使混乱度增高,即δs增大;而软酸、软碱原先的水合较弱,当较酸和软碱发生加合时,放热明显,愈软,放热愈多。例如,hg2+是软酸,它与软碱 ch婣加合得ch3hg+,后者与软碱rs-加合,放热更多。 催化反应 有机化学中的弗里德-克雷夫茨反应以无水氯化铝alcl3作催化剂。alcl3是硬酸,与rcl中的硬碱cl-结合而活化: r+与苯核作用: 硬酸h+与alcl嬄中的硬碱cl-结合: 其他硬酸如sncl4、fecl3也有类似于alcl3的作用。 金属催化剂中毒问题,也可从软硬酸碱规则来理解。一般零氧化数的金属都是软酸,易与软碱反应而中毒。如铁(软酸)催化剂,易与软碱如一氧化碳、硫、磷、砷等发生不可逆反应而引起铁中毒;硬碱如氧、水与铁发生可逆反应,不会引起铁中毒。 取代反应的速率 一般形成软酸-软碱化合物的反应速率较高。ch3cl是软酸ch幦和硬碱cl-的化合物,其中的ch幦能与软碱rs-、i-、s2o娫、r3p等发生较快的取代反应,而与硬碱ro-、r3n、f-、so娸等的取代反应速率较低: ch3cl+rs-─→ch3sr+cl- ch3cl+ro-─→ch3or+cl-前一个反应的速率是后者的100倍。 又如hi和agf都是软-硬化合物。hi中的i-(软碱)与ag+(软酸)发生快反应。同理,agf 中的f-(硬碱)与al3+(硬酸)也发生快反应: hi+ag+─→agi+h+ 3agf+al3+─→alf3+3ag+ 为了统一酸碱软硬标度, 皮尔孙以h+(质子)作为硬酸、ch3hg+(甲基汞离子)作为软酸的实验标准来测定它们与碱(b)反应的平衡常数,以决定碱的相对反应性能: 硬酸h+的参比平衡常数对数值lgk1的改变趋势与软酸ch3hg+的参比平衡常数对数值lgk1的改变趋势恰好相反(表3)。这表明:酸碱软硬标度既与碱本身的性质有关,也和与之结合的酸的特性有关。 同理,可用标准硬碱和标准软碱为参比,测定与酸的相对反应性质。 参考书目 r.g.pearson,journal of chemical education, 45,pp.581~587、643~648, 1968.
楼上的真牛,好详细
哈哈好像是我无机教案上的
非常感谢大家的热心应助
貌似绝对硬度可以用前线轨道来衡量,绝对硬度=[E(LUMO)-E(HOMO)]/2
将酸和碱根据性质的不同各分为软硬两类的理论。1963年由r.g.皮尔孙提出。本理论适用于说明多种化学现象,如酸碱反应、金属和配位体间的作用、配离子形成(见配位化学),共价键和离子键的形成等。












简史 1958年s.阿尔兰德、j.查特和n.r.戴维斯根据某些配位原子易与ag+、hg2+、pt2+配位,而另一些配位原子易与al3+、ti4+等配位, 将金属离子和配位原子分成a和b两类。a类金属离子包括碱金属、 碱土金属、高氧化数的轻过渡元素ti4+、fe3+、cr3+和h+;b类金属离子包括较重的、低氧化数的过渡元素cu+、ag+、hg2+、pt2+。a类金属离子的特性随氧化数升高而加强,它优先与体积小、电负性大的原子结合;b类金属离子形成化合物的稳定性,因配位原子的电负性增大而减弱:
c≈s>i>br>cl>n>o>f此顺序几乎(不是全部)和 a类金属离子形成化合物的稳定性顺序相反(见表),如与水相比,硫醚r2s (r为烷基)与b类金属离子hg2+、pt2+、pd2+等配位倾向较强。这个经验性总结有助于判断配位化合物的稳定性。
内容 皮尔孙在前人工作的基础上提出以软硬酸碱来区分a类和b类金属离子和配位原子。硬酸包括 a类金属离子,硬碱包括h2o、f-等;软酸包括b类金属离子,软碱包括h-、i-等;交界酸包括 fe2+、cu2+,交界碱包括no娛、so娫 等(表1)。
皮尔孙提出酸碱反应的规律为:硬酸优先与硬碱结合,软酸优先与软碱结合。这是一个很有用的经验规则。
应用 软硬酸碱理论可说明多种化学现象。
取代反应 酸碱取代作用倾向于形成硬-硬、软-软化合物:
hi(g)+f-(g)─→hf(g)+i-(g) δh=-263.6kj/mol式中g为气态。h+是硬酸,优先与硬碱f-结合,反应放热。
双取代反应也倾向于生成硬-硬、软-软化合物,反应放热,如li+、be2+是硬酸(be2+比sr2+硬),f-是硬碱,i-是软碱,反应如下:
lii+csf─→lif+csi δh=-65.7kj/mol
bei2+srf2─→bef2+sri2 δh=-200.8kj/mol 化合物的稳定性 软-软、硬-硬化合物较为稳定。如软酸cu+易与软碱cn-生成稳定的配位化合物(简称配合物)cu(cn)娛,其稳定常数lgβ2=24,此值大于cu+与硬碱nh3配合物cu(nh3)娚的稳定常数(lgβ2=10.8);又如软酸cd2+与软碱cn-的配合物cd(cn)?车奈榷ǔJ齦gβ4=18.9,大于cd2+与硬碱nh3配合物cd(nh3)娸的稳定常数(lgβ4=6.92);软碱i-易与软酸i2、ag+形成稳定的i婣、agi娛,而硬碱却不能形成稳定的i2f-、agf娛。
一般软-硬化合物不够稳定,如ch2f2易分解:
2ch2f2(g)─→ch4(g)+cf4(g) 硬酸mg2+、ca2+、sr2+、ba2+、al3+等在自然界的矿物都是与硬碱o2-、f-、co娫、so娸 等的化合物,而软酸ag+、hg2+等主要是与软碱s2-等的化合物。
高氧化数金属的化合物都是氧化物和氟化物,属硬-硬化合物,如oso4、mn2o7、if7、osf6;而某些低氧化数的金属与软碱的化合物比较稳定,如mn(co)5cl。
溶解度 物质的溶解也是溶质和溶剂间的酸碱反应。常用的硬碱溶剂水和氨,较易溶解硬酸-硬碱的化合物,如licl、mgso4、kno3、…;而软碱溶剂如苯等,易溶解软酸br2、i2。
软酸ag+与硬碱f-的化合物易溶于水,而软酸ag+与软碱br-、i-的化合物难溶。ag+与硬碱nh3配合物的稳定常数lgβ2=7.4。对软酸ag+来说,碱的软性减弱顺序是:
硬溶剂优先溶解硬溶质,软溶剂优先溶解软溶质。许多有机化合物不易溶于水,就是因为水是硬碱。
金属的电极电势
m(s)─→mn+(aq)+ne式中s为固态;aq为水溶液。金属离子化倾向取决于三个过程的能量:
m(s)─→m(g) (升华)
m(g)─→mn+(g)+ne (电离)
mn+(g)+ne─→mn+(aq)+ne (水合)式中g为气态。金属的升华、电离都是吸热过程,水合是放热过程。从能量角度看,反应的推动力是水合能。若mn+是硬酸,则较易与硬碱(水)结合,金属的电极电势偏高;若mn+是软酸,与水的结合力较弱,金属的电势相应偏低。对于软酸(如ag+),如加入软碱(如 br-等),因发生软-软结合,使金属的标准电极电势有所降低,如:
在液氨溶剂中,由于nh3不如h2o强,使某些硬酸的电势有所升高,而有些软酸的电势有所降低(与在水中的电极电势比),如表。
异性双基配体的配位情况 常见到的异性双基配体(见配位化合物)有 scn-、secn-、 ocn-、cno-、cn-、s2o娫、…等,它们与何种原子配位,也可以利用硬-硬、软-软结合规则来判断:fe3+是硬酸,将与scn-中“硬端”n原子结合成fe(ncs)3,其他如表所示。
类聚作用 酸或碱的接受或给予原子的酸碱性受形成配合物时配位体软、硬性的影响。一般软配位体倾向于使酸、碱变软,而硬的配位体趋向于使硬性增强。如【cof(nh3)5】2+比【coi(nh3)5】2+稳定,因硬碱nh3加强了co的硬性,使之更易与强碱f-结合。反之,若用软碱cn-代替硬碱nh3,加强了co的软性,使 【co(cn)5i】3-稳定,而【co(cn)5f】3-则不能形成。
加合反应热效应 表2是水溶液中的几个酸碱反应实例,前六个都是硬酸-硬碱的结合,δh(焓变)的绝对值都不大,tδs(t为温度;δs为熵变)是较大的正值,其正向反应的推动力是tδs;软酸-软碱结合的δh为负值,tδs也是较小的值。
在水溶液中,软酸-软碱、硬酸-硬碱类型的结合,其δh和tδs值的差别与水合作用有关。h2o是硬性物,硬碱、硬酸原先都有强烈的水合作用,当硬酸和硬碱加合时,排挤出原先的水分子,使混乱度增高,即δs增大;而软酸、软碱原先的水合较弱,当较酸和软碱发生加合时,放热明显,愈软,放热愈多。例如,hg2+是软酸,它与软碱 ch婣加合得ch3hg+,后者与软碱rs-加合,放热更多。
催化反应 有机化学中的弗里德-克雷夫茨反应以无水氯化铝alcl3作催化剂。alcl3是硬酸,与rcl中的硬碱cl-结合而活化:
r+与苯核作用:
硬酸h+与alcl嬄中的硬碱cl-结合:
其他硬酸如sncl4、fecl3也有类似于alcl3的作用。
金属催化剂中毒问题,也可从软硬酸碱规则来理解。一般零氧化数的金属都是软酸,易与软碱反应而中毒。如铁(软酸)催化剂,易与软碱如一氧化碳、硫、磷、砷等发生不可逆反应而引起铁中毒;硬碱如氧、水与铁发生可逆反应,不会引起铁中毒。
取代反应的速率 一般形成软酸-软碱化合物的反应速率较高。ch3cl是软酸ch幦和硬碱cl-的化合物,其中的ch幦能与软碱rs-、i-、s2o娫、r3p等发生较快的取代反应,而与硬碱ro-、r3n、f-、so娸等的取代反应速率较低:
ch3cl+rs-─→ch3sr+cl-
ch3cl+ro-─→ch3or+cl-前一个反应的速率是后者的100倍。
又如hi和agf都是软-硬化合物。hi中的i-(软碱)与ag+(软酸)发生快反应。同理,agf 中的f-(硬碱)与al3+(硬酸)也发生快反应:
hi+ag+─→agi+h+
3agf+al3+─→alf3+3ag+ 为了统一酸碱软硬标度, 皮尔孙以h+(质子)作为硬酸、ch3hg+(甲基汞离子)作为软酸的实验标准来测定它们与碱(b)反应的平衡常数,以决定碱的相对反应性能:
硬酸h+的参比平衡常数对数值lgk1的改变趋势与软酸ch3hg+的参比平衡常数对数值lgk1的改变趋势恰好相反(表3)。这表明:酸碱软硬标度既与碱本身的性质有关,也和与之结合的酸的特性有关。
同理,可用标准硬碱和标准软碱为参比,测定与酸的相对反应性质。
参考书目
r.g.pearson,journal of chemical education, 45,pp.581~587、643~648, 1968.
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楼上的真牛,好详细
网上的东西,信手拈来的,哈哈!!
哈哈好像是我无机教案上的
非常感谢大家的热心应助
貌似绝对硬度可以用前线轨道来衡量,绝对硬度=[E(LUMO)-E(HOMO)]/2