酸鹼與予體-受體化學

軟硬酸鹼的分類(hard and soft acids and bases)

要使用軟硬原理,你首先得知道哪些酸鹼是硬的、哪些是軟的——以及硬和軟在物理上到底意味著什麼。這兩個標籤並不隨意;它們描述一個物種有多易極化,也就是它的電子雲在鄰近電荷作用下有多容易被扭曲。硬意味著電子雲緊緻、極化率低;軟意味著電子雲大而軟、極化率高。(皮爾遜是在施瓦岑巴赫早先的甲類、乙類金屬分類基礎上建立這套體系的。)

硬酸是小而高電荷、外層沒有易扭曲電子的陽離子:H+、Li+、Na+、K+、Be2+、Mg2+、Ca2+、Al3+、Cr3+、Fe3+、Co3+ 和 BF3,以及大多數 s 區和前期高氧化態的 d 區離子。硬鹼是小、電負性大、難極化的給體:F-、Cl-、OH-、O2-、NO3-、CO3 2-、SO4 2-、PO4 3-、H2O、NH3、ROH,以及大多數氧給體和氮給體。軟酸是大而低電荷、可極化、d 殼層填滿或接近填滿的陽離子:Ag+、Cu+、Au+、Hg2+、Hg2 2+、Cd2+、Pd2+、Pt2+、Tl+,以及低氧化態(包括零價,如金屬羰基中)的金屬。軟鹼是大、可極化、易被氧化的給體:I-、H-、S2-、R2S、R3P、R3As、CN-、CO、SCN-(通過 S),以及給出 pi 電子的烯烴和芳烴。許多物種居於中間,被稱為邊界類:酸中的 Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Pb2+;鹼中的 Br-、NO2-、SO3 2-、N3-、吡啶。

注意生成這些清單的趨勢。沿一族向下,給體和受體都變軟(軟度 F < Cl < Br < I;O < S < Se)。提高金屬的氧化態會使它變硬(Fe2+ 是邊界、Fe3+ 是硬;Cu+ 是軟、Cu2+ 是邊界)。這就是為什麼分類不是為了死記硬背:一旦你把軟看作大、可極化、低電荷,把硬看作小、難極化、高電荷,你就能自己給一個陌生離子定位,再套用硬配硬、軟配軟來預測它的化學。

鐵清楚地展示了氧化態趨勢:Fe3+(小、+3、硬)鍾愛硬的氧和氟給體,生成穩定的氟化物和磷酸鹽配合物;Fe2+(較大、+2、邊界)對較軟的給體更寬容。Cu+ 是軟的,結合 CN- 和硫醚;把它氧化為 Cu2+ 則移向邊界。

沿族向下更軟,氧化態越高越硬——這兩條規律讓你能自己給任意離子分類。

軟硬講的是極化率和軌道匹配,而非化學活性或強度。硬酸未必是強酸;這個標籤只預測它偏愛哪一類對手,而非它反應得多劇烈。

又稱
class a and class b硬酸软酸/硬碱软碱硬酸軟酸/硬鹼軟鹼