軟硬酸堿理論及其在中學(xué)化學(xué)中的應(yīng)用

　　摘 要： 本文回顧酸堿理論的發(fā)展，系統(tǒng)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(xué)化學(xué)中應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞： 軟硬酸堿理論 中學(xué)化學(xué) 應(yīng)用
　　
　　一、皮爾遜軟硬酸堿理論
　　人類對于酸堿的認(rèn)識經(jīng)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(xué)發(fā)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(zhì)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(xué)家路易斯（G.N.Lewis）提出酸堿電子理論，認(rèn)為，凡是可以接受電子對的物質(zhì)稱為酸，凡是可以給出電子對的物質(zhì)稱為堿，酸堿反應(yīng)的實質(zhì)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(yīng)用于化學(xué)的各個領(lǐng)域，不過電子理論也存在不足之處，主要表現(xiàn)在兩個方面：一是它對確定酸堿的相對強弱沒有一個系統(tǒng)的標(biāo)度，對酸堿的反應(yīng)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(xué)家皮爾遜（R.G.Pearson）提出軟硬酸堿理論（Hard-Soft Acid-Base ），根據(jù)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(jù)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(xiàn)在兩方面，一是生成的化合物的穩(wěn)定性；另一是反應(yīng)的速度。硬酸與硬堿，軟酸與軟堿能形成穩(wěn)定的化合物，且反應(yīng)速率較快，反之，形成的化合物較不穩(wěn)定，且反應(yīng)速率較慢。交界酸堿不論對象是軟還是硬都能起反應(yīng)，且穩(wěn)定性差別不大，反應(yīng)速率適中。
　　二、軟硬酸堿理論的在中學(xué)化學(xué)中的應(yīng)用
　　軟硬酸堿理論雖然只是一個經(jīng)驗總結(jié)，而不是定量描述，但是它可以對化學(xué)中許多現(xiàn)象進行一定的解釋，且具有其他酸堿理論不可替代的優(yōu)越性。以下是軟硬酸堿理論在中學(xué)化學(xué)中的一些應(yīng)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(xué)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(zhì)的溶解是1Xpiadlnm16OFQv+Wi9dNg==溶質(zhì)和溶劑之間發(fā)生的酸堿反應(yīng)。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(jié)合的化合物也是難溶的，這是因為F-與HO相比，F(xiàn)-屬于更硬的堿，優(yōu)先結(jié)合硬酸而排擠了HO。
　　3.判斷化合物的穩(wěn)定性
　　如不慎將汞灑落在地面上，應(yīng)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(fā)生反應(yīng)，汞與氧氣的反應(yīng)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(zhì)。汞與硫在常溫下卻很容易化合，且反應(yīng)速率較大，形成非常穩(wěn)定的HgS。這一現(xiàn)象無法用元素的非金屬性強弱或者氧化還原反應(yīng)的規(guī)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(jié)合行成穩(wěn)定的化合物。
　　4.幫助選擇合適的催化劑
　　傅—克烷基化反應(yīng)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(jīng)證明，許多路易斯酸可以作為該反應(yīng)的催化劑，如BF、FeCl、SnCl等。此類反應(yīng)用HSAB原則解釋為：AlCl為硬酸，易與硬堿Cl結(jié)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(jié)合，從而完成芳烴的烷基化歷程。
　　5.解釋重金屬使蛋白質(zhì)變性
　　蛋白質(zhì)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(zhì)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(zhì)分子對重金屬離子普遍有很大的親和力，它們?nèi)菀捉Y(jié)合形成絡(luò)離子，絡(luò)離子的形成改變了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性。
　　
　　參考文獻：
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　　［3］邢其毅.基礎(chǔ)有機化學(xué)（第二版）［M］.北京:高等教育出版社，2003.