軟硬酸堿理論及其在中學化學中的應用

　　摘 要： 本文回顧酸堿理論的發展，系統地介紹了軟硬酸堿理論，并從五個方面介紹了HSAB原理在中學化學中應用。
　　關鍵詞： 軟硬酸堿理論 中學化學 應用
　　
　　一、皮爾遜軟硬酸堿理論
　　人類對于酸堿的認識經歷了一個由淺入深、由表及里、不斷深入的過程，酸堿的概念在科學發展過程中不斷更新，其中主要的酸堿理論包括：阿倫尼烏斯電離理論、布朗斯特—勞里酸堿質子理論、路易斯酸堿電子理論，以及皮爾遜軟硬酸堿理論。
　　1923年，美國化學家路易斯（G.N.Lewis）提出酸堿電子理論，認為，凡是可以接受電子對的物質稱為酸，凡是可以給出電子對的物質稱為堿，酸堿反應的實質是形成配位鍵生成酸堿配合物的過程。電子理論擴大了酸堿的范圍，被廣泛應用于化學的各個領域，不過電子理論也存在不足之處，主要表現在兩個方面：一是它對確定酸堿的相對強弱沒有一個系統的標度，對酸堿的反應方向難以判斷；二是它包括的范圍過于廣泛，使得酸堿的特征不明顯。
　　1963年美國化學家皮爾遜（R.G.Pearson）提出軟硬酸堿理論（Hard-Soft Acid-Base ），根據酸堿對外層電子吸引力的強弱，以及極化和變形性的大小，將路易斯酸堿分為三大類：硬、軟和交界酸堿（見下表1），并根據大量的實驗事實提出“硬親硬、軟親軟、軟硬交界就不管”的原理，即HSAB原理。所謂“親”，表現在兩方面，一是生成的化合物的穩定性；另一是反應的速度。硬酸與硬堿，軟酸與軟堿能形成穩定的化合物，且反應速率較快，反之，形成的化合物較不穩定，且反應速率較慢。交界酸堿不論對象是軟還是硬都能起反應，且穩定性差別不大，反應速率適中。
　　二、軟硬酸堿理論的在中學化學中的應用
　　軟硬酸堿理論雖然只是一個經驗總結，而不是定量描述，但是它可以對化學中許多現象進行一定的解釋，且具有其他酸堿理論不可替代的優越性。以下是軟硬酸堿理論在中學化學中的一些應用。
　　1.解釋自然界中礦物的存在形式
　　堿金屬與堿土金屬元素常形成氧化物、氟化物或各類含氧酸巖礦物，如鋰輝石（LiAl（SiO））、芒硝（NaSO?10HO）、菱鎂礦（MgCO）、螢石（CaF）、重晶石（BaSO）等，這是因為堿金屬與堿土金屬都是硬酸，而O、F、CO、SiO、SO都是硬堿，符合“硬親硬”的原理；IB族與IIB族元素常形成硫化物礦物，如黃銅礦（CuFeS）、閃鋅礦（ZnS）、朱砂（HgS），等等，在地球化學中Ⅰ族與Ⅱ族元素也被稱為親硫元素，主要是因為它們是軟酸，而S是軟堿，符合“軟親軟”的緣故。
　　2.解釋化合物的溶解性
　　物質的溶解是1Xpiadlnm16OFQv+Wi9dNg==溶質和溶劑之間發生的酸堿反應。水的酸堿性均較硬，易溶解硬酸與硬堿形成的化合物，而苯屬于軟堿溶劑更易溶解軟酸，如I。在水中，軟酸Ag與硬堿F形成的化合物易溶于水，而軟酸Ag與軟堿Br、I形成的化合物難溶于水，但像LiF那樣硬酸與硬堿結合的化合物也是難溶的，這是因為F-與HO相比，F-屬于更硬的堿，優先結合硬酸而排擠了HO。
　　3.判斷化合物的穩定性
　　如不慎將汞灑落在地面上，應盡量回收，并對回收不了的汞用硫粉覆蓋加以保護。常溫下，汞不與氧氣發生反應，汞與氧氣的反應只有在大約350℃的溫度下才比較明顯，但是在大約400℃以上HgO卻又分解為單質。汞與硫在常溫下卻很容易化合，且反應速率較大，形成非常穩定的HgS。這一現象無法用元素的非金屬性強弱或者氧化還原反應的規律來解釋，而用軟硬酸堿理論來判斷就較為簡單：汞是軟酸，氧是硬堿，而硫是軟堿，軟—軟更容易較快的結合行成穩定的化合物。
　　4.幫助選擇合適的催化劑
　　傅—克烷基化反應用鹵代烷直接烷化苯是很困難的，必須加入催化劑，最初使用AlCl，后經證明，許多路易斯酸可以作為該反應的催化劑，如BF、FeCl、SnCl等。此類反應用HSAB原則解釋為：AlCl為硬酸，易與硬堿Cl結合形成AlCl離子，從而使烷基碳正離子R游離出來，而軟酸R容易與軟堿苯核結合，從而完成芳烴的烷基化歷程。
　　5.解釋重金屬使蛋白質變性
　　蛋白質分子中含有大量的基團，如氨基酸中的羥基（—OH）和氨基（—NH），很多蛋白質分子中還存在大量的巰基（—SH）。這些基團既有屬于硬堿的又有屬于軟堿的，使得蛋白質分子對重金屬離子普遍有很大的親和力，它們容易結合形成絡離子，絡離子的形成改變了蛋白質的結構，從而導致蛋白質變性。
　　
　　參考文獻：
　　［1］王舜，胡茂林.軟硬酸堿理論及其在無機化學教學中的應用［J］.湖州師專學報（自然科學），1999，（S1）.
　　［2］格林伍德.元素化學［M］.北京:高等教育出版社，1996.
　　［3］邢其毅.基礎有機化學（第二版）［M］.北京:高等教育出版社，2003.