THUYẾT ACID BAZ CỨNG MỀM (HSAB)

SEMINAR HÓA LÝ HỮU CƠ

MỤC LỤC
Giới thiệu : .............................................................................................................. 2
I. Nguyên lý của acid baz cứng mềm (HSAB) : ....................................................... 2
II.Ứng dụng thuyết HSAB trong hóa học hữu cơ : ................................................... 4
II.1 Chất thân hạch và chất thân điện tử : ................................................................. 4
II.2 Chất thân hạch lưỡng tâm (Ambident Nucleophiles) : ....................................... 5
II.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng của chất thân hạch lưỡng tâm : ................. 6
III..Ứng dụng của thuyết HSAB trong hóa học vô cơ: ........................................... 11
III.1 Dự đoán sản phẩm của phản ứng trao đổi : .................................................... 11
III.2 Khả năng hóa tan của một số hợp chất : ......................................................... 12
III.3 Địa hóa học các nguyên tố : ........................................................................... 13
III.4 Độc chất học và hóa dược : ............................................................................ 14
III.5 Thế oxy hóa khử : .......................................................................................... 14
TÀI LIỆU THAM KHẢO : ................................................................................... 16

1


SEMINAR HÓA LÝ HỮU CƠ

Giới thiệu
Lý thuyết acid baz cứng mềm (HSAB) ra đời trong những năm 60 của thế kỷ 20,
Pearson là người đã khởi xướng nguyên lí acid baz cứng mềm (HSAB), nội dung
nguyên lí như sau:Acid cứng thì có thể phản ứng tốt với base cứng, còn acid mềm có
thể phản ứng tốt bới base mềm.
Khái niệm HSAB là một từ viết tắt cho " axit và bazơ cứng và mềm’’. Thuyết
HSAB sử dụng rộng rãi ra trong hóa học để giải thích sự ổn định của các hợp chất, cơ
chế phản ứng và các chuỗi phản ứng sinh hóa. Thuyết HSAB thường gồm các yêu cầu
về "cứng" hoặc "mềm", và 'axit' hoặc 'bazo' trong hóa học. Hiện nay, thuyết acid baz

cứng áp dụng nhiều trong hóa học hiện đại, nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác
nhau của hóa học, giúp ta hiểu rõ hơn về các phản ứng hóa học. Đặc biệt trong hóa học
kim loại chuyển tiếp nhiều thí nghiệm đã được thực hiện để xác định bậc tương đối
của các ligand và ion kim loại chuyển tiếp về độ cứng và mềm.
I. Nguyên lý của acid baz cứng mềm (HSAB)
HSAB là một lý thuyết định tính giúp dự đoán hợp chất tạo thành trong một hỗn
hợp phức tạp của các acid baz Lewis theo nguyên tắc acid cứng phản ứng với baz
cứng, acid mềm phản ứng với baz mềm. Thuyết HSAB góp phần quan trong trong việc
giải thích các hiện tượng.
Đặc trưng và phân loại các acid baz cứng mềm
Acid/ baz

Đặc điểm

Ví dụ

Nguyên tử trung tâm H+, Li+, Na +, K+,Be2+, Mg2+ Ca2+,
bán kính ion nhỏ (<90 Sr2+, Sn2+
Acid cứng

pm).

Al3+,Ga3+,Cr3+,Co3+,Fe3+,Ir3+,

Điện tích dương cao.

La3+,Si4+,Ti4+,Zr 4+…

Độ âm điện thấp ( 0,7- BeMe2 ,BF3, BCL3, B(OR)3, AlMe3
1,6).

2


SEMINAR HÓA LÝ HỮU CƠ
Nănglượng LUMO cao.
Khả năng solvate mạnh
Bán kính lớn (> 90 Cu+,Ag+,Au+,Hg+,,Hg2+,Pd2+,Cd2+,Pt2+
pm).

Các nguyên tử kim loại có số ôxi hóa

Độ âm điện trung gian không
Acid mềm

( 1,9 – 2,5)
Điện tích dương thấp.
Năng

lượng

LUMO

thấp.
Fe2+ ,Co2+ ,Ni2+ ,Cu2+ ,Zn2+ ,Pb2+ ,SO2

Acid trung gian

,NO
Bán kính nguyên tử H2O, OH- ,F- ,Cl- ,CO2, PO43- ,SO42-

Baz cứng

trung tâm nhỏ (120pm)

,CO32- ,NO3- , ClO4-, ROH, R2O,NH3,

Khả năng solvate cao.

RNH2 ,N2H 4

Độ âm điện cao ( 3,44 ).
Năng

lượng

HOMO

cao.
Bán kính nguyên tử RSH, RS- ,R2S, I- CN- ,SCN-,PR3 ,R3
trung tâm lớn

P, RNC, CO, C2H4, C6H6 ,

( > 170pm).
Baz mềm

Độ âm điện trung gian
(2,5-3,0).
Năng

lượng

HOMO

thấp.
Baz trung gian

Aniline, pyridin,Br- ,NO2, SO32 -, N2

3


SEMINAR HÓA LÝ HỮU CƠ

-

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ cứng và độ mềm của acid:

o

Bán kính của nguyên tử nhận điện tử.: độ mềm giảm theo thứ tự

Au+>Hg2+>Pb2+,độ cứng tăng theo thứ tự trên.
o

Yếu tố điện tích: độ cứng tăng khi điện tích tăng. Ví dụ, Tl3+ cứng hơn Tl+.

o

Các nhóm gắn vào: gắn nhóm thế (các baz) mềm vào nguyên tử nhận điện tử sẽ

làm tăng độ mềm của nguyên tử nhận điện tử. Ví dụ : AlF3 cứng hơn Al(CH3)3.
-

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ cứng mềm của baz:

o

Bán kính của nguyên tử cho điện tử :ví dụ, độ mềm giảm theo thứ tự I > Br > Cl

>F; Se > S > O; As > P > N.
o

Điện tích ảnh hưởng đến độ cứng mềm của baz. Điện tích âm tăng sẽ làm tăng

tăng độ mềm của baz.
o

Các nhóm gắn vào ảnh hưởng đến tính baz: các nhóm thế cứng làm tăng độ cứng,

các nhóm thế mềm làm tăng độ mềm. Ví dụ, NF3 cứng hơn N(CH3)3.
II.Ứng dụng thuyết HSAB rong hóa học hữu cơ
Thuyết HSAB giúp làm rõ cơ chế phản ứng, dự đoán sản phẩm của phản ứng.
được đề cập trong phản ứng của chất thân hạch lưỡng tâm (Ambident Nucleophiles).
II.1 Chất thân hạch và chất thân điện tử
Khái niệm về chất thân hạch và chất thân điện tử dùng để diễn tả việc một hợp
chất nào đó có khả năng nhường đôi điện tử hay không. Một chất thân hạch tốt là một
chất có thể dễ dàng nhường đôi điện tử tự do của nó. Một chất thân điện tử tốt là một
chất có thể dễ dàng nhận đôi điện tử tự do.
Chất thân hạch là những baz Lewis (là baz cứng hoặc mềm theo thuyết HSAB) và

chất thân điện tử là những cid Lewis (là acid cứng hoặc mền theo thuyết HSAB), tuy
nhiên, theo Brosted thang độ của các tác chất thân hạch không phải luôn luôn phù hợp
với thang độ của tính baz. Một vài chất thân điện tử mạnh không có tính acid và có khi
một chất thân hạch mạnh lại là một baz yếu.

4


SEMINAR HÓA LÝ HỮU CƠ
Nguyên tắc tổng quát: chất thân hạch tốt là tâm có mật độ điện tử lớn, có khuynh
hướng tác kích vào các tâm có mật độ điện tử thấp. Chất thân điện tử tốt có tâm rất
nghèo điện tử, nên dễ dàng tác kích vào các tâm có mật độ điện tử lớn.
Chất thân hạch: là các Carbanion, các dị nguyên tử có mang đôi điện tử tự do, các
điện tử π, các nhân hương phương…
Ví dụ : H2O, NO3-, F-, SO42-, CH3COO-, H3C-CO-CH2-...
Chất thân điện tử: là các acid Lewis; các cation có mang ít nhất một vân đạo
trống, các tâm phân cực mang điện tích dương gây ra bởi hiệu ứng cảm hoặc hiệu ứng
cộng hưởng.
Ví dụ : các chất thân điện tử thường là các ion kom loại chuyển tiếp có vân đạo trồng
có khả năng nhận đôi điện tử tự do như: Al3+, Ca2+, Fe3+, Fe2+, Li+, Cu+ …
Không thể có phản ứng giữa hai chất thân hạch với nhau hoặc hai chất thân điện tử
với nhau.
II.2 Chất thân hạch lưỡng tâm (Ambident Nucleophiles)
Chất thân hạch lưỡng tâm là những chất có nhiều hơn một tâm thân hạch, trong
phản ứng các chất này có thể dùng một trong hai tâm tác kích tạo thành sản phẩm khác
nhau tùy theo tác chất và điều kiện phản ứng.
Các tâm thân hạch này có sẵn trên các nguyên tử trong phân tử chất thân hạch hay
xuất hiện do sự cộng hưởng trong cấu trúc chất thân hạch.
Ví dụ

:

Có nhiều công cụ có thể giúp dự đoán được trong phản ứng các chất thân hạch này sẽ
sử dụng tâm thân hạch nào để tác kích như tính toán về mặt năng lượng, sử dụng các
lý thuyết hóa lượng tử (thuyết vân đạo biên – FMO), thuyết HSAB…
5


SEMINAR HÓA LÝ HỮU CƠ
Khi sử dụng thuyết HSAB để tìm hiểu cơ chế phản ứng của chất thân hạch lưỡng tâm,
ta cần phải làm rõ một số khái niệm về tân thân hạch, thân điện tử cứng và mềm theo
thuyết HSAB.
Tâm thân hạch cứng (baz cứng): nguyên tử cho điện tử có độ âm điện cao (năng
lượng HOMO thấp), khả năng bị phân cực thấp và khó bị oxy hóa. Các điện tử hóa trị
của chúng khó mất hơn.
Tâm thân hạch mềm (baz mềm): nguyên tử cho điện tử có độ âm điện thấp (năng
lượng HOMO cao), khả năng bị phân cực cao vả dễ bị oxy hóa. Các điện tử hóa trị dễ
bị mất hơn.
Tâm thân điện tử cứng (acid cứng) : là nguyên tử nhận điện tử có bán kính nhỏ, có
điện tích dương lớn và không chứa các điện tử chưa liên kết trong vân đạo hóa trị của
chúng. Chúng có độ âm điện cao (năng lượng LUMO cao) và khả năng bị phân cực
thấp.
Tâm thân điện tử mềm (acid mềm) : là nguyên tử nhận điện tử có bán kính lớn, có
điện tích dương nhỏ và có thể có các điện tử chưa liên kết trong vân đạo hóa trị (p
hoặc d) của chúng. Chúng có độ âm điện thấp (năng lượng LUMO thấp) và khả năng
bị phân cực cao.
Trong phản ứng của chất thân hạch vẫn tuân theo những nguyên tắc chung của
thuyết HSAB đã nêu ở trên. Acid cứng (Tâm thân điện tử cứng) sẽ tương tác tốt với
baz cứng (tâm thân hạch cứng); acid mềm (tâm thân điện tử cứng) sẽ tương tác tốt với
baz mềm (tâm thân hạch mềm). Nếu có sự chọn lựa hướng tác kích, sự tương tác giữa

acid mềm-baz mềm tốt hơn acid cứng-baz cứng.
Tùy theo thân thân hạch và chất nền mà phản ứng xảy ra theo cơ chế khác nhau và cho
sản phẩm khác nhau. Trong phạm vi bài viết chỉ đề cập ảnh hưởng của các yếu tố đến
phản ứng của chất thân hạch.
II.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng của chất thân hạch lưỡng tâm
Chất nền :

6


SEMINAR HÓA LÝ HỮU CƠ
Xét phản ứng thế của ion Cyanate (tác chất là KCN) trên chất nền là Ethyl Iodur,
ion Cyanate có hai tâm thân hạch, vậy trong phản ứng nó sử dụng tâm thân hạch nào
tấn công vào chất nền Halogenur alkyl nhất cấp.
Tâm Nitơ là một tâm thân hạch cứng và tâm Carbon là một tâm thân hạch mềm.
Phản ứng thế thân hạch trên chất nền haalogenur alkyl nhất cấp xảy ra theo cơ chế
SN2, có sự tạo thành trạng thái chuyển tiếp giữa tác chất và sản phẩm. Nghĩa là sự tác
kích của tâm thân hạch vào chất nến đồng thời với sự ra đi của nhóm xuất. Do phản
ứng đi qua trạng thái chuyển tiếp, nếu chất nền cồng kềnh, cản trở lập thể thì tác chất
sẽ khó tiến tới gần nó.
Chất nền Ethyl Iodur có tâm C trên Ethyl là một tâm thân điện tử mềm do bị ảnh
hưởng bởi nguyên tử halogen có độ âm điện lớn. Do đó khí phản ứng, chất thân hạch
Cyanate có xu hướng sử dụng tâm thân hạch mềm Carbon tác kích vào tâm Carbon
thiếu điện tử trên Ethyl, phản ứng xảy ra theo hướng acid mềm-baz mềm, vận tốc phản
ứng tương đối chậm do qua giai đoạn chuyển tiếp, nhóm I- bị kéo ra khó khăn do I- là
một baz mềm trong khi ion K+ là một acid cứng nên khả năng tương tác giữa hai ion
này rất thấp nên K+ không đủ sức kéo I- ra khỏi chất nền làm cho phản ứng xảy ra
chậm.
EtI + KCN  EtCN + KI
Tuy nhiên nếu muốn phản ứng xảy ra theo hường ngược lại, nghĩa là ion Cyanate sử

dụng tâm Nitơ cứng tác kich vào chất nền thì cần phải đưa vào hệ các xúc tác acid
Lewis.
Nếu chất nền cồng kềnh thì khả năng tác kích của các chất thân hạch bị giảm do
các tân phản ứng bị che chắn làm cho tác chất khó tiến lại gần, các chất nền như các
Halogenur Alkyl tam cấp, Halogenur aril, vinyl không cho phản ứng theo cơ chế SN2,
tuy nhiên nếu sử dụng thêm các xúc tác acid Lewis, phản ứng thế có thể xảy ra nhưng
theo hướng SN1.
Một số ví dụ :
-

Xét phản ứng cộng thân hạch của β-propiolactone :

O
O

7


SEMINAR HÓA LÝ HỮU CƠ
β-propiolactone là một chất nền có hai tâm thiếu điện tử; tâm Carbon cứng của nhóm
carbonyl tâm carbon mềm của vòng. Tùy theo tác chất thân hạch mà chúng ta đưa vào
là cứng hay mềm mà phản ứng cho các sản phẩm khác nhau.

O

(soft)Nu-

O
O-

Nu
O
O
O
-

O

Nu

O
(Hard)Nu-

Sự cạnh tranh của phản ứng thế và khử trên cùng một chất nền khi thay đổi tác chất
thân hạch.

Phản ứng thế thân hạch SN2 luôn xảy ra cạnh tranh với phản ứng khử E1.
Xét phản ứng trên chất nền Cl-CH2CH2-Cl :
SCl

PhS

Cl + 2

SPh + 2 Cl

H
Cl

C

H

Cl

+

O-

H2C

CHCl + Cl- +

OH

8


SEMINAR HÓA LÝ HỮU CƠ

Xúc tác acid Lewis :
Xét phản ứng của chất thân hạch Cyanate tác kích lên chất nền Iodur Alkyl, ion
Cyanate được đưa vào hệ dưới dạng tác chất KCN và AgCN.Như đã nêu ở mục II.1,
ion CN- trong KCN sẽ tấn công và tâm carbon mềm trên Alkyl của nhóm Iodur Alkyl,
và sản phẩm tạo thành là RCN.Nhưng khi thay ion K+ bằng ion Ag+, phản ứng không
xảy ra theo cơ chế SN2 mà xảy ra theo cơ chế SN1. Phản ứng đi qua giai đoạn tạo thành
Carbocation. Tại sao khi thay đổi ion K+ bằng ion Ag+, cơ chế phản ứng cũng thay đổi
theo.
Trong chất nền Iodur Alkyl, nhóm xuất I- ra đi càng dễ thì vận tốc phản ứng càng
nhanh. Như đã nêu, ion K+ không đủ mạnh để kéo I- ra khỏi chất nền, khi thay bằng
một acid Lewis như ion Ag+(là một acid mềm), ion Ag+ này tương tác tốt với ion I(một baz mềm); làm cho I- dễ bị đứt ra khỏi chất nền, để lại một điện tích dương hiệu

dụng lớn trên nguyên tử Carbon của nhóm Alkyl, phản ứng đi qua giai đoạn tạo thành
carbocation (là một tâm acid cứng), nên ion CN- sẽ dùng tâm Ni tơ cứng tác kích vào
và sản phẩm tạo thành là RNC. Vận tốc phản ứng xảy ra tương đối nhanh, phụ thuộc
vào độ an định của carbocation, carbocation càng bền thì phản ứng xảy ra càng thuận
lợi. Có thể thay thế ion Ag+ bằng các acid Lewias khác như Zn2+…

Ví dụ : phản ứng của Ethyl Iodur :
KCN

EtCN + KI

EtI + CN AgCN

EtNC + AgI

9


SEMINAR HÓA LÝ HỮU CƠ
Ảnh hưởng của dung môi :
Các dung môi phân cực phi proton hướng phản ứng vào tâm thân hạch cứng.
Xét phản ứng :

Thực hiện phản ứng trong các hệ dung môi khác nhau ta thu được phần trăm sản
phẩm khác nhau tùy theo độ phân cực của dung môi.
Dung môi

THF

Dioxan

Toluen

N-Heptan

DME

%A

81

71

14

14

13

%B

19

29

86

86

87

Trong dung dịch phản ứng thường tồn tại các cation kim loại , các cation này
thường bao quanh tâm thân hạch cứng và làm giảm khả năng tác kích của các tâm này.
Khi thực hiện phản ứng trong các dung môi phân cực phi proton, các dung môi này có
xu hướng solvat hóa các cation kim loại hơn là các anion thân hạch vì thế tác nhân
thân hạch vẫn giữ nguyên tình chất của nó. Dung môi càng phân cực càng hướng phản
ứng vào tâm thân hạch cứng.
Các dung môi proton (chứa OH, NH) hướng tâm phản ứng vào tâm thân hạch mềm.
OH
O

O M
Br

M : Li,Na

OH

+
(A)

(B)

10


SEMINAR HÓA LÝ HỮU CƠ

Thực hiện phản ứng trong các hệ dung môi khác nhau ta thu được phần trăm sản phẩm
khác nhau tùy theo độ phân cực của dung môi.

Dung

DMF

THF

Alcol

Toluen

H2 O

Phenol

%A

100

100

100

97

51

23

%B

0

0

0

3

49

77

môi

Khi thực hiện phản ứng trong dung môi proton, các phân tử dung môi này có xu
hướng dung môi giải các tâm thân hạch bằng cách bao quanh các tâm này và làm hạn
chế khả năng tác kích của các tâm này, các tâm thân hạch cứng thường bị bao quanh
do chúng là những nguyên tử có độ âm điện lớn, do đó phản ứng có xu hướng tấn công
vào các tâm thân hạch mềm hơn.
III.Ứng dụng thuyếtHSAB trong hóa học vô cơ
III.1 Dự đoán sản phẩm của phản ứng trao đổi
Thuyết HSAB được ứng dụng trong hóa vô cơ vì phần lớn các ion kim loại và hợp
chất vô cơ là các acid cứng hoặc mềm theo thuyết HSAB nên lý thuyết này đóng vai
trò quan trọng trong việc giải thích các hiện tượng và phản ứng.
Theo thuyết HSAB thì phản ứng trao đổi ion trong vô cơ là phản ứng giữa các acid
(cứng, mềm) với các baz (cứng, mềm). sản phẩm tạo thành sau phản ứng có thể được
dự đoán dựa trên những nguyên tắc cơ bản của thuyết HSAB.
Ví dụ 1: Khi cho Thủy ngân Clorua vào hỗn hợp Natri Sulfua và Natri Hydroxit, sản
phẩm nào sẽ được ưu tiên tạo thành.

HgCl2(aq) + (Na2S, NaOH)(aq)  ?
HgCl2 trong dung dịch phân ly tạo thành các ion Hg2+ (acid mềm theo bảng) và Cl(baz cứng theo bảng). Na2 S và NaOH phân ly tạo thành các ion Na+(acid cứng theo
bảng)và S2-(baz mềm theo bảng), OH-(baz cứng theo bảng). Trong dung dịch các ion
có xu hướng tạo thành những hợp chất bền (ít tan hay điện ly yếu).
11


SEMINAR HÓA LÝ HỮU CƠ
Theo nguyên tắc của thuyết HSAB, ta có thể dự đoán sản phẩm của phản ứng là
HgS. Do trong phản ứng tồn tại đồng thời các acid baz cứng mềm, các acid baz này có
xu hướng kết hợp với nhau theo nguyên tắc “cứng-cứng”, “mềm-mềm”. Do đó acid
mềm Hg2+ sẽ kết hợp với baz mềm S2- tạo thành sản phẩm HgS ít tan, acid cứng Na+
kết hợp với các baz cứng (Cl- và OH-) tạo thành NaCl và NaOH, trong dung dịch các
sản phẩm này phân ly hoàn toàn tạo thành các ion nên sản phẩm cuối cùng của phản
ứng trao đổi là HgS.
Để cho việc dự đoán sản phẩm của phản ứng dễ dàng hơn tá có thể áp dụng phương
pháp bảng.
Ví dụ 2: Một dung dịch chứa các ion Hg2+, Cl-, Na+, I-, dự đoán sản phẩm tạo thành
sau phản ứng.
Ta sắp xếp các ion vào trong bảng theo phân loại acid-baz cứng mềm và vận dụng
các nguyên tắc của thuyết HSAB để dự đoán sản phẩm của phản ứng. Ta thấy các ion
Hg2+, Na+ là các acid và Cl-, I- là các baz, ngoài ra do các ion tồn tại trong dung dịch
nên trong hệ chứa một lượng lớn nước.

Acid

Baz

Sản phẩm

Hg2+ (mềm)

Cl- (cứng)

HgI2

Na+ (cứng)

I- (mềm)

Na(H2O)6+

H2O (cứng)

H2O (cứng)

(H2O)nClHOH-OH2

Vậy ta có thể dự đoán sản phẩm cuối cùng của phản ứng là HgI2 (các sản phẩm khác
tan trong nước).
Ví dụ 3 : Một dung dịch chứa các ion NO3-,Ag+, Cl- và K+ dự đoán sản phẩm tạo thành
sau phản ứng.
Acid

Baz

Sản phẩm

Ag2+ (mềm)

NO3- (cứng)

AgCl

K+ (cứng)

Cl- (mềm)

K(H2O)6+

12


SEMINAR HÓA LÝ HỮU CƠ
H2O (cứng)

H2O (cứng)

(H2O)nNO3HOH-OH2

Sản phẩm tạo thành sau phản ứng là AgCl kết tủa.
III.2 Khả năng hòa tan của một số hợp chất
Khả năng hòa tan trong dung dịch nước của các hợp chất được đặc trưng bởi giá
trị hằng số hòa tan (hay tích số tan) Ksp.
Dựa vào thuyết HSAB ta có thể dự đoán khả năng hòa tan của các chất trong dung
dịch nước. Theo nguyên tắc của thuyết HSAB, các acid cứng phản ứng với baz cứng,
liên kết trong sản phẩm tạo thành mang tính ion nhiều hơn, các acid mềm phản ứng
với baz mềm, liên kết trong sản phẩm tạo thành mang tính cộng hóa trị nhiều hơn.
Trong dung dịch, các chất có bản chất liên kết ion dễ tan hơn so với các chất có
bản chất liên kết cộng hóa trị nghĩa là có sản phẩm tạo thành từ phản ứng giữa acid

cứng và baz cứng sẽ tan nhiều hơn so với sản phẩm của phản ứng giữa acid mềm và
baz mềm.
Ví dụ 1: Ag2S ít tan hơn so với AgCl
Ion Ag+ là một acid mềm, S2- là baz mềm, Cl- là baz cứng, sự tương tác giữa acid mềm
Ag+ và baz mềm S2- thuận lợi hơn nên Ag2S ít tan hơn so với AgCl.
Ví dụ 2: FeS tan ít hơn so với Fe(OH)2.
Ion Fe2+ là một acid trung gian, S2- là một baz mềm, OH- là một baz cứng. Sự tương
tác giữa baz mềm và một acid trung gian thuận lợi hơn so với tương tác giữa acid trung
gian và baz cứng do liên kết tạo thành có bản chất cộng hóa trị nhiều hơn, do đó FeS ít
tan hơn.
III.3 Địa hóa học các nguyên tố
Phần lớn các nguyên tố trong bảng phân loại tuẩn hoàn không tồn tại ở dạng đơn
chất (trừ Oxy, Nitơ, vàng …) mà kết hợp với nhau tạo thành các hợp chất dưới dạng
các loại khoáng.
Trong tự nhiên, các acid cứng có khuynh hướng liên kết với các baz cứng và các
acid mềm liên kết với các baz mềm. Do đó, các acid cứng thường được tìm thấy trong
13


SEMINAR HÓA LÝ HỮU CƠ
các dạng như oxid, silicat, carbonate và fluorid (là sản phẩm của sự kết hợp cứng –
cứng). Trong khi đó, các acid mềm được tìm thấy trong các dạng Sulfit, Selenid ,
Tellutid hoặc dưới dạng các nguyên tố tự do (trong trướng hợp này có thể xem như các
các cation mềm liên kết với các điện tử là các baz rất mềm). Các acid trung gian
thường được tìm thấy dưới dạng Sulfit.
Dựa trên những nguyên tắc đó, ta có thể dự đoán thành phần và dạng hợp chất tồn
tại của các kim loại trong các loại khoáng chất.
III.4 Độc chất học và hóa dược
Các ion kim loại nặng như Hg2+, Pb2+… là những chất rất độc đối với cơ thể sống.
Các ion kim loại thường được tìm thấy trong bùn cống rãnh, kênh rạch đô thị, nước

thải công nghiệp, nhất là của các ngành luyện kim, xi mạ qua co đường hô hấp, tiêu
hóa tích tụ trong cơ thể sinh vật,… gây ảnh hưởng lâu dài lên cơ thể sinh vật và con
người.
Dựa vào thuyết HSAB có thể dự đoán cơ chế tích tụ và gây độc của các ion kim
loại nặng trong cơ thể sống. Phần lớn các ion kim loại nặng là các acid mềm, do đó
chúng có khuynh hướng kết hợp với các baz mềm. Lưu huỳnh là một nguyên tố phổ
biến trong cấu trúc các acid amin, chuỗi polypeptie và protein. Lưu huỳnh tồn tại dưới
dạng ion S2- (baz mềm) trong cấu trúc các hợp chất trên.
Khi các ion kim loại nặng đi vào cơ thể, do chúng có ái lực với các baz mềm nên
chúng có khuynh hướng tạo thành liên kết với ion S2- trong cấu trúc của acid amin và
protein. Quá trình này dẫn đến sự tích tụ dần các ion kim loại nặng trong cơ thể và đến
một giới hạn nào đó sẽ làm thay đổi cấu trúc của các acid amin, ức chế hoạt động của
các protein và enzim, ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất của cơ thể sống làm cho
cơ thể bị nhiễm độc.
III.5 Thế oxy hóa khử
Các điện tử được xem như là baz mềm nhất. Vì thế, ta có thể thể tìm hiểu thế oxy
hóa khử theo thuyết HSAB. Xét một vài phản ứng oxy hóa khử sau:
Fe3+(aq) + 3e-  Fe(s) E0 = -0.036V
Cu+(aq) + e-

Cu(s)

E0 = 0.552V
14


SEMINAR HÓA LÝ HỮU CƠ
Na+(aq) + e-

Na(s)

E0 = -2.711V

La3+(aq) + 3e-

La(s)

E0 = -2.370V

Gíá trị của E0 càng dương, quá trình khử càng thuận lợi. Các số liệu trên cho thấy thế
oxy hóa khử tỷ lệ với độ cứng mềm của cation kim loại (thường là các acid). Như vậy,
các acid mềm, như Cu+ tương tác thuận lợi hơn với điện tử do đó chúng dễ bị khử. Các
acid cứng như Fe3+, Na+, La3+ rất khó bị khử vì tương tác giữa chúng với điện tử không
thuận lợi.

15


SEMINAR HÓA LÝ HỮU CƠ

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1] Nguyễn Kim Phi Phụng “Cơ Sở Lý Thuyết Hóa Hữu Cơ 1”trang 187-263 (2003)
2] . Ralph G. Pearson and Jon Songstad “Application of the Principle of Hard and
Soft Acids and Bases to Organic Chemistry” Journal of the American Chemical
Society /89:8/ (1827, 1836)April 12, 1967
3] J. Chem. Sci “Chemical hardness and density functional theory Vol. 117, No. 5”.
September 2005, pp. 369–377.
4] Francis A. Carey and Richard J. Sundberg “advanced Organic Chemistry-Part A:
Structure and Mechanisms” (2002)
5] Eric V. Anslyn,Dennis A. Dougherty “Modern physical organic chemistry”

16