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  • 1 # 使用者1750913198092

    實際上“軟硬酸鹼理論”(HSAB)算是一種經驗上的模型,用來簡單判斷以及分析一個反應的方向或者程度。

    化學反應發生總體而言是因為產物的能量低於起始物的能量。我們都知道化學家會有很多說辭來解釋這件事情,諸如電荷中和啦,溶劑效應啦,有機化學家常說的擴充套件了共軛體系啦,形成了芳香性啦以及位阻減小啦等等等等。軟硬酸鹼理論也與這些概念的存在有些類似,而且可能更能反映一些化學本質,適用面更廣。

    和酸性鹼性類似,化學家可以根據“軟硬”來經驗性判斷以及分析一個反應的發生。我們也有一個類的“軟硬中和”公式:

    其中“H”表示“Hard”,“S”表示“Soft”。公式簡單來講就是“軟親軟,硬親硬”。下面講一下什麼是軟什麼是硬,以及為何會有“軟親軟,硬親硬”。舉個栗子,氫離子很硬,銀離子很軟,所以氫離子更喜歡比較硬的氟離子,而銀離子喜歡軟的碘離子。

    兩個分子片段結合的力大體上我們可以分為兩種,一個是靜電吸引,一個是軌道的相互作用(orbital interaction)。如果一個化學鍵主要是離子性的,我們就可以理解為靜電吸引(和“硬”的概念有關);反過來,化學鍵偏共價性,那麼主要理解為軌道的相互作用(和“軟”的概念有關)。靜電吸引的話很好理解,就像中學學過的庫侖定律,兩個正負電荷吸引,那麼電荷越高,以及距離越小,其相互作用越強,這就對應了我們“硬”的概念,體積小,電荷高。軌道相互作用的方面,需要回想一下無機化學或者普通化學在講分子軌道理論的時候,一般都會說到,組成分子軌道的兩個原子軌道(可以拓展理解為分子片段軌道Fragment molecular orbitals)能量越接近,重合越多,分子軌道能量越低,也就是說結合的越好,這一部分就與“軟”的概念相對應,供電子體(軟鹼)的HOMO越高,電子受體(軟酸)的LUMO越低,這種結合就越好。從軌道相互作用的角度來看“硬”,與“軟”相反,就是硬鹼有很低的HOMO,硬酸有很高的LUMO,雖然軌道相互作用帶來的穩定不高,但是靜電相互作用強。題主在另一個回答的評論裡提到的Pd很軟,可以理解為它的d軌道和碳碳雙鍵的能量匹配的很好,一方面可以被雙鍵配位,另一方面由於自身是d8或者d10的電子排布,可以很好的與雙鍵的反鍵軌道相互作用形成反饋π鍵,這些電子結構方面的原因使得Pd在催化領域非常妖豔:為什麼金屬催化中鈀研究的最多,它有何特性?

    總結而言,硬就是體積小電荷高,很高的LUMO(酸)或者很低的HOMO(鹼),這樣來理解應該就比較容易了。具體判斷軟硬還需要結合其他一些化學知識譬如週期性之類的來綜合記憶。

    敬請斧正。以上。

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