软硬酸碱理论
原理
在软硬酸碱理论中,酸、碱被分别归为“硬”、“软”两种。“硬”是指那些具有较高电荷密度、较小半径的粒子(离子、原子、分子),即电荷密度与粒子半径的比值较大。“软”是指那些具有较低电荷密度和较大半径的粒子。“硬”粒子的极化性较低,但极性较大;“软”粒子的极化性较高,但极性较小。
此理论的中心主旨是,在所有其他因素相同时,“软”的酸与“软”的碱反应较快速,形成较强键结;而“硬”的酸与“硬”的碱反应较快速,形成较强键结。
大体上来说,“硬亲硬,软亲软”生成的化合物较稳定。
历史
拉尔夫·皮尔森(英语:Ralph Pearson)在六十年代首次提出了该理论。自那以后,化学家们不断开拓该理论的应用范围,使之如今已成为了最重要的无机化学基础理论之一。
举例
极端的情况下,还定义:交界酸:trimethylborane、二氧化硫和Fe(II)、Co(II)、 Cs(I)、Pb(II)。交界碱:苯胺、吡啶、氮、叠氮化物、溴化物、亚硝酸根和亚硫酸根阴离子。
化学硬度
1983年,Parr(英语:Robert Parr)与Pearson将软硬酸碱理论从定性发展到了定量层面,并提出了化学硬度(chemical hardness,以η表示)的概念,它与一个化学体系的总能量对稳定核环境(fixed nuclear environment)中的电子数的二阶偏微分成正比:
其中的系数只影响绝对值,可以任意指定,一般使用Pearson所用的二分之一。
若要在实际应用中更简便地计算,可以用差分来近似:
其中I为电离能,A为电子亲和能。这个表达式也指出存在能隙的体系中,化学硬度与能隙大小成正比。
总能量对电子数的一阶偏微分即体系的化学势(以μ表示):
对其作同样的近似,可以得到:
这个值是密立根标度电负性(以χ表示)的相反数:μ = −χ.
从而得到化学硬度与密立根电负性的关系:
在这个意义上,“硬”指的是抵抗极化或变形的能力强,“软”即相应的能力弱。
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