www.wikidata.de-de.nina.az

HSAB Konzept Das auch Pearson Konzept genannt ist das Akronym für Hard and Soft Acids and Bases also das Konzept der Har

HSAB-Konzept

Das HSAB-Konzept (auch Pearson-Konzept genannt) ist das Akronym für „Hard and Soft Acids and Bases“, also das Konzept der „Harten und Weichen Säuren und Basen“, und zählt zu den Säure-Base-Konzepten.

Der amerikanische Chemiker Ralph G. Pearson veröffentlichte das Konzept 1963. Das HSAB-Konzept wird in vielen Bereichen der Chemie genutzt, um die Stabilität von Verbindungen und deren Reaktivität abzuschätzen.

Es basiert auf dem Lewis-Säure-Base-Konzept, also auf der Reaktivität von Elektronenpaardonatoren (Lewis-Basen) und Elektronenpaarakzeptoren (Lewis-Säuren).

Grundaussagen des Modells und Abschätzung von ‚Härte‘ und ‚Weichheit‘ Bearbeiten

Die Grundaussage des HSAB-Konzeptes ist: Weiche Säuren reagieren bevorzugt mit weichen Basen und harte Säuren mit harten Basen.

Hart Weich
Kleine Ionenradien Große Ionenradien
Hohe Ladungen Geringe Ladungen
Geringe Polarisierbarkeit Große Polarisierbarkeit
Harte und weiche Basen

Essenziell ist für das Konzept deswegen die Unterscheidung zwischen harten und weichen Basen sowie zwischen harten und weichen Säuren.

  • „Hart“ beschreibt dabei Teilchen (Atome, Ionen und Moleküle), die eine hohe Ladungsdichte aufweisen, also eine hohe Ladung und einen kleinen Radius (großes „Ladungs/Radien-Verhältnis“).
  • „Weich“ bezeichnet dagegen Teilchen mit geringer Ladungsdichte, also solche mit geringer Ladung und großem Radius (kleines „Ladungs/Radien-Verhältnis“).

Darüber hinaus sind harte Teilchen kaum polarisierbar (aber stark polarisierend) und weiche Teilchen leicht polarisierbar (aber schwach polarisierend).

Eine Faustregel für Anionen ist die Betrachtung der Stabilität der Halogenide: Das Fluorid-Ion sollte demnach als harte Base mit harten Metall-Ionen stabile Verbindungen bilden, während umgekehrt weiche Säuren das weiche Iodid bevorzugen sollten.

Beispiele Bearbeiten

  • Weich sind hingegen das Cadmium(II)-Ion als Säure und das Sulfid-Ion als Base. Cadmiumsulfid sollte also ein eher schlecht in Wasser lösbarer Stoff sein.

Die Bindung zwischen Lewis-Säure und Lewis-Base in Addukten, die von weichen Spezies gebildet wird, hat einen eher kovalenten Charakter, die Bindung zweier harter Spezies ist eher elektrostatisch (ionisch) zu beschreiben.

Anwendung Bearbeiten

Das Konzept dient meist mehr der qualitativen als der quantitativen Beschreibung von chemischen Reaktionen. Es wurden aber auch einige erfolgreiche quantitative Modelle etabliert, um die Dissoziationsenergien von Lewis-Säure-Base-Addukten zu bestimmen.

Praktische Anwendung findet das HSAB-Konzept beispielsweise in der qualitativen Analyse (Trennungsgang). Obwohl der klassische Trennungsgang weit älter ist als das HSAB-Konzept, kann seine Funktionsweise großenteils mit dem HSAB-Konzept verstanden werden. Außerdem ist es sehr hilfreich beim Verständnis der Strukturen und Reaktionsweisen von Komplexen. Auch in der Goldschmidt-Klassifikation in der Geologie bestätigen sich die Vorhersagen des Pearson-Konzeptes.

Beispiele Bearbeiten

  • Das Silber-Kation ist eine weiche Säure; demnach sollte die Stabilität der Silberhalogenide von Fluor nach Iod zunehmen. Tatsächlich bestätigt sich dies: Während Silberfluorid leicht löslich ist, bilden Chlorid, Bromid und Iodid zunehmend stabilere (zunehmend schwerlöslichere) Verbindungen mit hohen kovalenten Bindungsanteilen.
  • Nach HSAB sollte Flusssäure HF eine schwache Säure sein, weil die Bindung zwischen H und F starke ionische Anteile hat. In der Tat steigt die Stärke der Halogenwasserstoffsäuren von HF mit pKS von rund +3 bis zum HI mit einem pKS von −10; demnach ist Iodwasserstoffsäure eine 10 Billionen mal stärkere Säure als HF.

Grenzen Bearbeiten

Trotz vieler richtiger Vorhersagen kann das HSAB-Konzept versagen, wenn andere Effekte überwiegen:

  • Nach HSAB sollten Natrium-Ionen mit Hydroxid oder Fluorid stabile Salze bilden; diese sind aber leicht in Wasser löslich, weil es zur Hydratation durch das Lösemittel kommt.
  • Bei der Perchlorsäure sollte sich ähnlich wie bei HF eine niedrige Säurestärke feststellen lassen; die Perchlorsäure ist tatsächlich aber eine der stärksten Säuren, die es gibt. Hier überwiegt die große Stabilität des hochsymmetrischen Perchlorat-Anions.

Selbst für qualitative Aussagen müssen also konkurrierende Effekte in die Überlegungen miteinbezogen werden.

Für Vorhersagen von Reaktionen in der organischen Chemie (bspw. Reaktion von Cyanid zu Nitrilen bzw. Isonitrilen, abhängig von der Art der nucleophilen Substitution) gilt das HSAB-Konzept inzwischen als überholt.

Einteilung einiger Säuren und Basen Bearbeiten

Säuren Bearbeiten

Basen Bearbeiten

Literatur Bearbeiten

  • Ralph G. Pearson: The HSAB Principle – more quantitative aspects. In: Inorganica Chimica Acta. Vol. 240, No. 1/2, 1995, ISSN 0020-1693, S. 93–98
  • Christoph Janiak: Komplex-/Koordinationschemie, in: Erwin Riedel (Hrsg.): Moderne Anorganische Chemie. 5. Aufl., de Gruyter, Berlin 2018, S. 510, ISBN 9783110441604.
  • Duward F. Shriver, Peter W. Atkins, Cooper H. Langford: Anorganische Chemie. 2. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 1997, ISBN 3-52729250-0.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. R. G. Pearson: Hard and Soft Acids and Bases. In: Journal of the American Chemical Society. Bd. 85, Nr. 22, 1963, S. 3533–3539, doi:10.1021/ja00905a001.
  2. Eintrag zu hard acid. In: IUPAC (Hrsg.): Compendium of Chemical Terminology. The “Gold Book”. doi:10.1351/goldbook.H02740 – Version: 2.3.2.
  3. Eintrag zu soft base. In: IUPAC (Hrsg.): Compendium of Chemical Terminology. The “Gold Book”. doi:10.1351/goldbook.H02742 – Version: 2.3.2.
  4. H. Mayr, M. Breugst, A. R. Ofial: Farewell to the HSAB Treatment of Ambident Reactivity. In: Angewandte Chemie International Edition. Bd. 50, Nr. 29, 2011, S. 6470–6505, doi:10.1002/anie.201007100.
wikipedia, wiki, deutsches, deutschland, buch, bücher, bibliothek artikel lesen, herunterladen kostenlos kostenloser herunterladen, MP3, Video, MP4, 3GP, JPG, JPEG, GIF, PNG, Bild, Musik, Lied, Film, Buch, Spiel, Spiele
Veröffentlichungsdatum:
Das HSAB Konzept auch Pearson Konzept genannt ist das Akronym fur Hard and Soft Acids and Bases also das Konzept der Harten und Weichen Sauren und Basen und zahlt zu den Saure Base Konzepten Der amerikanische Chemiker Ralph G Pearson veroffentlichte das Konzept 1963 1 Das HSAB Konzept wird in vielen Bereichen der Chemie genutzt um die Stabilitat von Verbindungen und deren Reaktivitat abzuschatzen Es basiert auf dem Lewis Saure Base Konzept also auf der Reaktivitat von Elektronenpaardonatoren Lewis Basen und Elektronenpaarakzeptoren Lewis Sauren Inhaltsverzeichnis 1 Grundaussagen des Modells und Abschatzung von Harte und Weichheit 1 1 Beispiele 2 Anwendung 2 1 Beispiele 3 Grenzen 4 Einteilung einiger Sauren und Basen 4 1 Sauren 4 2 Basen 5 Literatur 6 EinzelnachweiseGrundaussagen des Modells und Abschatzung von Harte und Weichheit BearbeitenDie Grundaussage des HSAB Konzeptes ist Weiche Sauren reagieren bevorzugt mit weichen Basen und harte Sauren mit harten Basen Hart WeichKleine Ionenradien Grosse IonenradienHohe Ladungen Geringe LadungenGeringe Polarisierbarkeit Grosse Polarisierbarkeit nbsp Harte und weiche BasenEssenziell ist fur das Konzept deswegen die Unterscheidung zwischen harten und weichen Basen sowie zwischen harten und weichen Sauren Hart beschreibt dabei Teilchen Atome Ionen und Molekule die eine hohe Ladungsdichte aufweisen also eine hohe Ladung und einen kleinen Radius grosses Ladungs Radien Verhaltnis Weich bezeichnet dagegen Teilchen mit geringer Ladungsdichte also solche mit geringer Ladung und grossem Radius kleines Ladungs Radien Verhaltnis Daruber hinaus sind harte Teilchen kaum polarisierbar aber stark polarisierend 2 und weiche Teilchen leicht polarisierbar aber schwach polarisierend 3 Eine Faustregel fur Anionen ist die Betrachtung der Stabilitat der Halogenide Das Fluorid Ion sollte demnach als harte Base mit harten Metall Ionen stabile Verbindungen bilden wahrend umgekehrt weiche Sauren das weiche Iodid bevorzugen sollten Beispiele Bearbeiten Eine klassische harte Saure ist das Proton eine harte Base das Fluorid Ion Eine wassrige Losung von Fluorwasserstoff weist demnach eine geringere Dissoziation als die hoheren Halogenwasserstoffe auf Weich sind hingegen das Cadmium II Ion als Saure und das Sulfid Ion als Base Cadmiumsulfid sollte also ein eher schlecht in Wasser losbarer Stoff sein Die Bindung zwischen Lewis Saure und Lewis Base in Addukten die von weichen Spezies gebildet wird hat einen eher kovalenten Charakter die Bindung zweier harter Spezies ist eher elektrostatisch ionisch zu beschreiben Anwendung BearbeitenDas Konzept dient meist mehr der qualitativen als der quantitativen Beschreibung von chemischen Reaktionen Es wurden aber auch einige erfolgreiche quantitative Modelle etabliert um die Dissoziationsenergien von Lewis Saure Base Addukten zu bestimmen Praktische Anwendung findet das HSAB Konzept beispielsweise in der qualitativen Analyse Trennungsgang Obwohl der klassische Trennungsgang weit alter ist als das HSAB Konzept kann seine Funktionsweise grossenteils mit dem HSAB Konzept verstanden werden Ausserdem ist es sehr hilfreich beim Verstandnis der Strukturen und Reaktionsweisen von Komplexen Auch in der Goldschmidt Klassifikation in der Geologie bestatigen sich die Vorhersagen des Pearson Konzeptes Beispiele Bearbeiten Das Silber Kation ist eine weiche Saure demnach sollte die Stabilitat der Silberhalogenide von Fluor nach Iod zunehmen Tatsachlich bestatigt sich dies Wahrend Silberfluorid leicht loslich ist bilden Chlorid Bromid und Iodid zunehmend stabilere zunehmend schwerloslichere Verbindungen mit hohen kovalenten Bindungsanteilen Nach HSAB sollte Flusssaure HF eine schwache Saure sein weil die Bindung zwischen H und F starke ionische Anteile hat In der Tat steigt die Starke der Halogenwasserstoffsauren von HF mit pKS von rund 3 bis zum HI mit einem pKS von 10 demnach ist Iodwasserstoffsaure eine 10 Billionen mal starkere Saure als HF Grenzen BearbeitenTrotz vieler richtiger Vorhersagen kann das HSAB Konzept versagen wenn andere Effekte uberwiegen Nach HSAB sollten Natrium Ionen mit Hydroxid oder Fluorid stabile Salze bilden diese sind aber leicht in Wasser loslich weil es zur Hydratation durch das Losemittel kommt Bei der Perchlorsaure sollte sich ahnlich wie bei HF eine niedrige Saurestarke feststellen lassen die Perchlorsaure ist tatsachlich aber eine der starksten Sauren die es gibt Hier uberwiegt die grosse Stabilitat des hochsymmetrischen Perchlorat Anions Selbst fur qualitative Aussagen mussen also konkurrierende Effekte in die Uberlegungen miteinbezogen werden Fur Vorhersagen von Reaktionen in der organischen Chemie bspw Reaktion von Cyanid zu Nitrilen bzw Isonitrilen abhangig von der Art der nucleophilen Substitution gilt das HSAB Konzept inzwischen als uberholt 4 Einteilung einiger Sauren und Basen BearbeitenSauren Bearbeiten Hart H Li Na K Rb Cs Be2 Mg2 Ca2 Sr2 Ba2 Ti4 V4 Hf4 Zr4 Fe3 Co3 Cr3 Cr6 Mn2 Mn4 Mn7 BF3 BCl3 Al3 AlCl3 AlH3 Ga3 In3 Sn4 Si4 As3 Ce4 Sc3 La3 Gd3 Lu3 Th4 Pu4 U4 UO2 2 SO3 CO2 Grenzbereich Fe2 Co2 Ni2 Cu2 B CH3 3 Sn2 Zn2 Pb2 Rh3 Ir3 Os2 Ru3 Sb3 Bi3 SO2Weich Pt2 Pt4 Pd2 Au Hg2 Hg22 Cd2 Cu BH3 Ag Tl Tl3 Ge2 Rh Ir Ru2 Br2 I2Basen Bearbeiten Hart H2O OH F Cl NH3 R3N CH3COO CO32 N2H4 PO43 O2 ClO4 SO42 NO3 RO RNH2 Grenzbereich Br NO2 SO32 N3 N2 C5H5N C6H6NH2Weich SCN R2S R SH CN R3P I S2 H H2S HS CO S2O32 C2H4 C6H6Literatur BearbeitenRalph G Pearson The HSAB Principle more quantitative aspects In Inorganica Chimica Acta Vol 240 No 1 2 1995 ISSN 0020 1693 S 93 98 Christoph Janiak Komplex Koordinationschemie in Erwin Riedel Hrsg Moderne Anorganische Chemie 5 Aufl de Gruyter Berlin 2018 S 510 ISBN 9783110441604 Duward F Shriver Peter W Atkins Cooper H Langford Anorganische Chemie 2 Auflage Wiley VCH Weinheim 1997 ISBN 3 52729250 0 Einzelnachweise Bearbeiten R G Pearson Hard and Soft Acids and Bases In Journal of the American Chemical Society Bd 85 Nr 22 1963 S 3533 3539 doi 10 1021 ja00905a001 Eintrag zu hard acid In IUPAC Hrsg Compendium of Chemical Terminology The Gold Book doi 10 1351 goldbook H02740 Version 2 3 2 Eintrag zu soft base In IUPAC Hrsg Compendium of Chemical Terminology The Gold Book doi 10 1351 goldbook H02742 Version 2 3 2 H Mayr M Breugst A R Ofial Farewell to the HSAB Treatment of Ambident Reactivity In Angewandte Chemie International Edition Bd 50 Nr 29 2011 S 6470 6505 doi 10 1002 anie 201007100 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title HSAB Konzept amp oldid 238187461