Tekst źródłowy strony Teoria twardych i miękkich kwasów i zasad

'''Teoria twardych i miękkich kwasów i zasad''' ('''HSAB''', z {{ang.|hard and soft acids and bases}}) – teoria określająca wzajemne powinowactwo [[Teoria kwasów i zasad Lewisa|kwasów i zasad Lewisa]]. Została sformułowana i wprowadzona do obiegu we wczesnych latach 60. XX wieku przez amerykańskiego chemika [[Ralph Pearson|Ralpha Pearsona]]<ref>{{cytuj |autor = Ralph G. Pearson |tytuł = Hard and Soft Acids and Bases |czasopismo = Journal of the American Chemical Society |data = 1963 |wolumin = 85 |numer = 22 |s = 3533–3539 |doi = 10.1021/ja00905a001 |język = en |dostęp = z}}</ref><ref name="Pearson1968a">{{cytuj |autor = Ralph G. Pearson |tytuł = Hard and soft acids and bases, HSAB, part 1: Fundamental principles |czasopismo = Journal of Chemical Education |doi = 10.1021/ed045p581 |wolumin = 1968 |numer = 45 |s = 581–586 |data = 1968 |język = en |dostęp = z}}</ref><ref name="Pearson 1">{{cytuj |autor = Ralph G. Pearson |tytuł = Hard and soft acids and bases, HSAB, part II: Underlying theories |czasopismo = Journal of Chemical Education |doi = 10.1021/ed045p643 |wolumin = 1968 |numer = 45 |s = 643–648 |data = 1968 |język = en |dostęp = z}}</ref>.

Pearson zaproponował podział kwasów i zasad Lewisa na miękkie i twarde. Twarde charakteryzuje mała [[polaryzowalność]] i skoncentrowany [[ładunek elektryczny]], zaś miękkie duża polaryzowalność i rozmyty ładunek elektryczny. Ponadto można wyróżnić kwasy i zasady o charakterze pośrednim. Według teorii Pearsona [[moc kwasu|moc kwasów]] i [[moc zasady|zasad]] Lewisa nie jest stała, lecz zależy od otoczenia. Zasady twarde chętniej reagują z kwasami twardymi, zaś zasady miękkie z kwasami miękkimi<ref name="AB376">{{Cytuj |autor = [[Adam Bielański (chemik)]] |tytuł = Podstawy chemii nieorganicznej |data = 2012 |wydanie = 6 |wydawca = [[Wydawnictwo Naukowe PWN]] |miejsce = Warszawa |isbn = 978-83-01-16281-8 |wolumin = 1 |s = 376–379}}</ref>. Ponadto kwasy i&nbsp;zasady miękkie są bardziej reaktywne w środowisku [[rozpuszczalnik]]ów [[Polarność|polarnych]], zaś twarde w apolarnych. Teoria dotyczy nie tylko kwasów i zasad nieorganicznych, ale znajduje również zastosowanie w [[chemia organiczna|chemii organicznej]]{{r|Pearson 1}}.

== Podział kwasów i zasad według teorii HSAB ==
{{Grafika rozwinięta
|całkowita szerokość = 600
|szerokość1 = 558 |wysokość1 = 235
|szerokość2 = 181 |wysokość2 = 240
|opis = Twardość jonów jednoatomowych i prostych soli bądź tlenków jako kwasów Lewisa (po lewej) i zasad Lewisa (po prawej)
|grafika1 = Twarde i miękkie kwasy Lewisa.png
|alt1 = Fragment układu okresowego pierwiastków (grupy 1–15 bez boru, węgla, azotu i fosforu) z zaznaczeniem twardości poszczególnych pierwiastków jako kwasów Lewisa.
|grafika2 = Twarde i miękkie zasady Lewisa.png
|alt2 = Fragment układu okresowego pierwiastków (węgiel i grupy 15–17 do okresu 5 włącznie) z zaznaczeniem twardości poszczególnych pierwiastków jako zasad Lewisa.
}}
W poniższej tabeli zestawiono słabe i mocne kwasy i zasady według teorii HSAB z podziałem na grupy układu okresowego, w których znajduje się pierwiastek pełniący dla danego indywiduum chemicznego funkcję kwasu lub zasady Lewisa. Symbol „R” zastosowano do oznaczenia [[grupa alkilowa|grupy alkilowej]] bądź [[grupa arylowa|grupy arylowej]]. Podane kationy w kolumnach dotyczących kwasów najczęściej dotyczą ich form [[solwatacja|solwatowanych]] bez jednej cząsteczki wody, np. {{chem2|Ni(H2O)5(2+)}}, {{chem2|B(H2O)3(3+)}}{{r|Pearson1968a}}. Poza stabilnymi cząsteczkami i jonami, w tabeli występują także bardzo reaktywne produkty przejściowe, rodniki bądź indywidua hipotetyczne{{r|Ho}}.

{{clear|right}}
{| class="wikitable"
|+ Podział kwasów i zasad według teorii HSAB{{r|Pearson1968a|Ho|Bielański2010|Rogers}}
!rowspan="2"| Grupa układu<br />okresowego
!colspan="3" group"| Kwasy
!colspan="3" group"| Zasady
|-
!style="width:15%"| twarde{{r|wodorowe|grupa1=mini}}
!style="width:15%"| pośrednie
!style="width:15%"| miękkie{{r|metale|grupa1=mini}}
!style="width:15%"| twarde
!style="width:15%"| pośrednie
!style="width:15%"| miękkie
|-
| 1
| [[Jon wodorowy|{{chem2|H+}}]], [[Lit|{{chem2|Li+}}]], [[Sód|{{chem2|Na+}}]], [[Potas|{{chem2|K+}}]]
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
| [[Jon wodorkowy|{{chem2|H-}}]]
|-
| 2
| [[Beryl (pierwiastek)|{{chem2|Be(2+)}}]], [[dimetyloberyl|{{chem2|Be(CH3)2}}]], [[Magnez|{{chem2|Mg(2+)}}]], [[Wapń|{{chem2|Ca(2+)}}]], [[Stront|{{chem2|Sr(2+)}}]]
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|-
| 3
| [[Skand|{{chem2|Sc(3+)}}]], [[Lantan|{{chem2|La(3+)}}]]
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|-
| [[Lantanowce]]
| [[Cer|{{chem2|Ce(3+)}}]], {{chem2|Ce(4+)}}, [[Gadolin|{{chem2|Gd(3+)}}]], [[Lutet|{{chem2|Lu(3+)}}]]
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|-
| [[Aktynowce]]
| [[Tor (pierwiastek)|{{chem2|Th(4+)}}]], [[Uran (pierwiastek)|{{chem2|U(4+)}}]], {{chem2|UO2(2+)}}, [[pluton (pierwiastek)|{{chem2|Pu(4+)}}]]
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|-
| 4–12
| [[Tytan (pierwiastek)|{{chem2|Ti(4+)}}]], [[Cyrkon (pierwiastek)|{{chem2|Zr(4+)}}]], [[Hafn|{{chem2|Hf(4+)}}]], [[Chrom|{{chem2|Cr(3+)}}]], {{chem2|Cr(6+)}}, {{chem2|MoO(3+)}}, {{chem2|WO(4+)}}, {{chem2|VO(2+)}}, [[Mangan|{{chem2|Mn(2+)}}]], [[Żelazo|{{chem2|Fe(3+)}}]], [[Kobalt|{{chem2|Co(3+)}}]]
| [[Żelazo|{{chem2|Fe(2+)}}]], [[Kobalt|{{chem2|Co(2+)}}]], [[Nikiel|{{chem2|Ni(2+)}}]], [[Miedź|{{chem2|Cu(2+)}}]], [[Cynk|{{chem2|Zn(2+)}}]], [[Rod (pierwiastek)|{{chem2|Rh(3+)}}]], [[Iryd|{{chem2|Ir(3+)}}]], [[Ruten|{{chem2|Ru(3+)}}]], [[osm|{{chem2|Os(2+)}}]]
| [[Heksacyjanokobaltany|{{chem2|Co(CN)6(3-)}}]], [[Pentacyjanokobaltany|{{chem2|Co(CN)5(2-)}}]], [[Pallad|{{chem2|Pd(2+)}}]], [[Platyna|{{chem2|Pt(2+)}}]], {{chem2|Pt(4+)}}, {{chem2|Te(4+)}}, [[Miedź|{{chem2|Cu+}}]], [[Srebro|{{chem2|Ag+}}]], [[Złoto|{{chem2|Au+}}]], [[Kadm|{{chem2|Cd(2+)}}]], [[Rtęć|{{chem2|Hg2(2+)}}]], {{chem2|Hg(2+)}}, {{chem2|CH3Hg(+)}}
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|-
| 13
| [[Trifluorek boru|{{chem2|BF3}}]], [[Trichlorek boru|{{chem2|BCl3}}]], [[oksoborany|{{chem2|B(OR)3}}]], [[Glin|{{chem2|Al(3+)}}]], [[Chlorek glinu|{{chem2|AlCl3}}]], [[wodorek glinu|{{chem2|AlH3}}]], [[trimetyloglin|{{chem2|Al(CH3)3}}]], [[Gal|{{chem2|Ga(3+)}}]], [[Ind|{{chem2|In(3+)}}]]
| [[trimetyloboran|{{chem2|B(CH3)3}}]], [[wodorek galu|{{chem2|GaH3}}]]
| [[Borowodory|{{chem2|BH3}}]], [[Diboran|{{chem2|B2H6}}]], [[trimetylogal|{{chem2|Ga(CH3)3}}]], [[chlorek galu|{{chem2|GaCl3}}]], [[bromek galu|{{chem2|GaBr3}}]], [[jodek galu|{{chem2|GaI3}}]], [[chlorek indu|{{chem2|InCl3}}]], [[Tal|{{chem2|Tl+}}]], {{chem2|Tl(3+)}}, [[trimetylotal|{{chem2|Tl(CH3)3}}]]
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
|-
| 14
| [[Dwutlenek węgla|{{chem2|CO2}}]], {{chem2|RCO+}}, {{chem2|NC+}}, [[Krzem|{{chem2|Si(4+)}}]], [[cyna|{{chem2|Sn(4+)}}]], {{chem2|CH3Sn(3+)}}, {{chem2|(CH3)2Sn(2+)}}
| {{chem2|R3C+}}, {{chem2|C6H5(+)}}, {{chem2|Sn(2+)}}, [[Ołów|{{chem2|Pb(2+)}}]]
| [[Grupa metylenowa|metylen]], [[karbeny (rodniki)|karbeny]]
|style="text-align:center"| –
|style="text-align:center"| –
| {{chem2|R-}}, [[Eten|{{chem2|C2H4}}]], [[Benzen|{{chem2|C6H6}}]], [[Cyjanki|{{chem2|CN-}}]], [[izonitryle|RNC]], [[Tlenek węgla|CO]]
|-
| 15
| [[Azot|{{chem2|N(3+)}}]], {{chem2|RPO2(+)}}, {{chem2|ROPO2(+)}}, [[Arsen|{{chem2|As(3+)}}]]
| [[jon nitrozoniowy|{{chem2|NO+}}]], [[antymon|{{chem2|Sb(3+)}}]], [[Bizmut|{{chem2|Bi(3+)}}]]
|style="text-align:center"| –
| [[Amoniak|{{chem2|NH3}}]], [[Aminy|{{chem2|RNH2}}]], [[Hydrazyna|{{chem2|N2H4}}]]
| [[Anilina|{{chem2|C6H5NH2}}]], [[Pirydyna|{{chem2|C5H5N}}]], [[Azot|{{chem2|N2}}]], [[azydki|{{chem2|N3(-)}}]], [[Azotyny|{{chem2|NO2(-)}}]]
| [[Związki fosforoorganiczne|{{chem2|R3P}}]], {{chem2|(RO)3P}}, [[Związki arsenoorganiczne|{{chem2|R3As}}]], [[rodanki|{{chem2|SCN-}}]]
|-
| 16
| [[Tritlenek siarki|{{chem2|SO3}}]], {{chem2|RSO2(+)}}, {{chem2|ROSO2(+)}}
| [[Dwutlenek siarki|{{chem2|SO2}}]]
| [[Kation wodorotlenkowy|{{chem2|HO+}}]], {{chem2|RO+}}, {{chem2|RS+}}, {{chem2|RSe+}}, {{chem2|RTe+}}
| [[Woda|{{chem2|H2O}}]], [[Jon wodorotlenkowy|{{chem2|HO-}}]], [[Tlen|{{chem2|O(2-)}}]], [[Alkohole|ROH]], [[alkoholany|{{chem2|RO-}}]], [[Etery|{{chem2|R2O}}]], [[octany|{{chem2|CH3COO-}}]], [[Węglany|{{chem2|CO3(2-)}}]], [[Azotany|{{chem2|NO3(-)}}]], [[Fosforany|{{chem2|PO4(3-)}}]], [[Siarczany|{{chem2|SO4(2-)}}]], [[Sole tlenowych kwasów chloru|{{chem2|ClO4(-)}}]]
| [[Siarczyny|{{chem2|SO3(2-)}}]]
| [[Siarczki|{{chem2|S(2-)}}]], [[Tioetery|{{chem2|R2S}}]], [[Tiole|RSH]], [[tiolany|{{chem2|RS-}}]], [[tiosiarczany|{{chem2|S2O3(2-)}}]]
|-
| 17
| [[Chlor|{{chem2|Cl(3+)}}]], {{chem2|Cl(5+)|}}, {{chem2|Cl(7+)}}, [[Jod|{{chem2|I(5+)}}]], {{chem2|I(7+)|}}
|style="text-align:center"| –
| {{chem2|Br2}}, {{chem2|Br+}}, {{chem2|I2}}, {{chem2|I+}}, [[cyjanek jodu|ICN]]
| [[Fluorki|{{chem2|F-}}]], [[Chlorki|{{chem2|Cl-}}]]
| [[Bromki|{{chem2|Br-}}]]
| [[Jodki|{{chem2|I-}}]]
|}

{{Uwagi|=mini|
* <ref name="metale" group="mini">Poza wymienionymi w powyższej tabeli, do kwasów miękkich zalicza się również atomy [[metale|metali]] w stanie wolnym ({{chem2|M^{0}|}}).</ref>
* <ref name="wodorowe" group="mini">Do kwasów twardych zalicza się również cząsteczki typu HX tworzące wiązanie wodorowe.</ref>
}}

== Ogólne właściwości twardych i miękkich kwasów i zasad ==
{| class="wikitable"
|+ Wspólne cechy kwasów i zasad twardych oraz miękkich<ref name="AB376" />
! Właściwość
! Twarde kwasy i zasady
! Miękkie kwasy i zasady
|-
| Wielkość ([[promień atomowy]]/[[Promień jonowy|jonowy]])
| mała
| duża
|-
| [[Polaryzowalność]]
| mała
| duża
|-
| Różnica [[Elektroujemność|elektroujemności]] między kwasem a zasadą
| wysoka
| niewielka
|-
| Łatwość wchodzenia w [[Reakcja redoks|reakcje redoks]]
| niewielka
| duża
|-
| Rodzaj [[Wiązanie chemiczne|wiązania]]
| [[wiązanie jonowe|jonowe]]
| [[wiązanie kowalencyjne|kowalencyjne]]
|}

== Miara twardości kwasów i zasad ==
W 1983 roku Ralph Pearson i [[Robert Parr]] zaproponowali wzór na miarę twardości chemicznej kwasów oraz zasad Lewisa<ref name="AB376" />{{r|Parr}}:
: <math>\eta = 0{,}5(I-A)</math>
: gdzie: ''I'' – [[energia jonizacji]], ''A'' – [[powinowactwo elektronowe]], ''η'' – twardość chemiczna ([[elektronowolt|eV]]).

Kwasy i zasady o większych wartościach ''η'' wykazują zazwyczaj większą twardość. Np. jony {{chem2|Na+, Mg(2+) i Al(3+)}}, będące twardymi kwasami Lewisa, mają wysokie wartości η (odpowiednio 21,1, 32,5 i 45,8), a jony {{chem2|Br+, Ag+ i Pd(2+)}}, będące miękkimi kwasami Lewisa, mają niskie wartości η (odpowiednio 4,9, 6,9 i 6,8). Podobna zależność widoczna jest dla zasad Lewisa. W szeregach tych znaleźć można jednak wyjątki, np. jon {{chem2|Tl+}} ma mniejszą wartość η = 7,2 niż miększy od niego jon {{chem2|Tl(3+)}} (η = 10,5){{r|Parr}}.

== Przypisy ==
{{Przypisy|
* <ref name="Bielański2010">{{Bielański2010|s=377|wolumin=I}}</ref>
* <ref name="Ho">{{cytuj |autor = Ho, Tse-Lok; |tytuł = Hard and Soft Acids and Bases Principle in Organic Chemistry |url = {{Google Books|hAPoJsJ3jZsC|strony = 5|link=tak}} |s = 5–6 |data = 1977 |wydawca = Academic Press |miejsce = New York |isbn = 0123500508 |język = en}}</ref>
* <ref name="Rogers">{{cytuj |autor = Rodgers, Glen E.; |tytuł = Descriptive Inorganic, Coordination, and Solid State Chemistry |url = {{Google Books|BY8IAAAAQBAJ|link=tak |strony = 133}} |s = 133 |wydanie = 3 |data = 2012 |wydawca = Brooks/Cole |miejsce = Belmont |isbn = 9780840068460 |język = en}}</ref>
* <ref name="Parr">{{Cytuj |autor = Robert G. Parr, Ralph G. Pearson |tytuł = Absolute hardness: companion parameter to absolute electronegativity |czasopismo = Journal of the American Chemical Society |data = 1983 |wolumin = 105 |numer = 26 |s = 7512–7516 |doi = 10.1021/ja00364a005 |język = en |dostęp = z}}</ref>
}}

{{Kontrola autorytatywna}}

[[Kategoria:Chemia kwasów i zasad]]