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2024-07-31T15:29:54Z

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Das '''HSAB-Konzept''' (auch ''Pearson-Konzept'' genannt) ist das [[Akronym]] für „'''H'''ard and '''S'''oft '''A'''cids and '''B'''ases“, also das Konzept der „Harten und Weichen Säuren und Basen“, und zählt zu den [[Säure-Base-Konzepte]]n.

Der amerikanische Chemiker [[Ralph G. Pearson]] veröffentlichte das Konzept 1963.<ref>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}}.</ref> Das HSAB-Konzept wird in vielen Bereichen der Chemie genutzt, um die Stabilität von Verbindungen und deren [[Reaktivität (Chemie)|Reaktivität]] abzuschätzen.

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

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

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

{| class="wikitable" style="float:right;"
!Hart
!Weich
|-
|Kleine Ionenradien
|Große Ionenradien
|-
|Hohe Ladungen
|Geringe Ladungen
|-
|Geringe Polarisierbarkeit
|Große Polarisierbarkeit
|}

[[Datei:Hardsoftbases.png|mini|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 ([[Atom]]e, [[Ion]]en und [[Molekül]]e), 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 [[Polarität (Chemie)|polarisierbar]] (aber stark polarisierend)<ref>{{Gold Book|hard acid|H02740|Version=2.3.2}}</ref> und weiche Teilchen leicht polarisierbar (aber schwach polarisierend).<ref>{{Gold Book|soft base|H02742|Version=2.3.2}}</ref>

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 ===
* Eine klassische harte Säure ist das [[Proton (Chemie)|Proton]], eine harte Base das [[Fluorid]]-Ion. Eine wässrige Lösung von [[Fluorwasserstoff]] weist demnach eine geringere Dissoziation als die höheren [[Halogen]]wasserstoffe auf.

* 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 [[Kovalente Bindung|kovalenten Charakter]], die Bindung zweier harter Spezies ist eher [[Elektrostatik|elektrostatisch]] (ionisch) zu beschreiben.

== Anwendung ==
Das Konzept dient meist mehr der [[Qualität|qualitativen]] als der [[Quantität|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 [[Qualitative Analyse|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 [[Komplexchemie|Komplexen]]. Auch in der [[Goldschmidt-Klassifikation]] in der Geologie bestätigen sich die Vorhersagen des Pearson-Konzeptes.

=== Beispiele ===
* 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 [[Halogenwasserstoffsäure]]n von HF mit [[Säurekonstante|p''K''S]] von rund +3 bis zum HI mit einem p''K''S von −10; demnach ist [[Iodwasserstoffsäure]] eine 10 Billionen Mal stärkere Säure als HF.

== Grenzen ==
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 [[Cyanide|Cyanid]] zu [[Nitril]]en bzw. [[Isonitril]]en, abhängig von der Art der [[Nukleophile Substitution|nucleophilen Substitution]]) gilt das HSAB-Konzept inzwischen als überholt.<ref>H. Mayr, M. Breugst, A. R. Ofial: ''Farewell to the HSAB Treatment of Ambident Reactivity''. In: ''[[Angewandte Chemie (Zeitschrift)|Angewandte Chemie International Edition]].'' Bd. 50, Nr. 29, 2011, S. 6470–6505, {{DOI|10.1002/anie.201007100}}.</ref>

== Einteilung einiger Säuren und Basen ==

=== Säuren ===
* Hart: [[Proton (Chemie)|H+]]; [[Lithium|Li+]]; [[Natrium|Na+]]; [[Kalium|K+]]; [[Rubidium|Rb+]]; [[Beryllium|Be2+]]; [[Magnesium|Mg2+]]; [[Calcium|Ca2+]]; [[Strontium|Sr2+]]; [[Barium|Ba2+]]; [[Titan (Element)|Ti4+]]; [[Vanadium|V4+]]; [[Hafnium|Hf4+]]; [[Zirconium|Zr4+]]; [[Eisen|Fe3+]]; [[Cobalt|Co3+]]; [[Chrom|Cr3+]]; [[Chrom|Cr6+]]; [[Mangan|Mn2+]];[[Mangan|Mn4+]]; [[Mangan|Mn7+]]; [[Bortrifluorid|BF3]]; [[Bortrichlorid|BCl3]]; [[Aluminium|Al3+]]; [[Aluminiumchlorid|AlCl3]]; [[Aluminiumhydrid|AlH3]]; [[Gallium|Ga3+]]; [[Indium|In3+]]; [[Zinn|Sn4+]]; [[Silicium|Si4+]]; [[Arsen|As3+]]; [[Cer|Ce4+]]; [[Scandium|Sc3+]]; [[Lanthan|La3+]]; [[Gadolinium|Gd3+]]; [[Lutetium|Lu3+]]; [[Thorium|Th4+]]; [[Plutonium|Pu4+]]; [[Uran|U4+]]; [UO2]2+; [[Schwefeltrioxid|SO3]]; [[Kohlenstoffdioxid|CO2]]
* Grenzbereich: [[Eisen|Fe2+]]; [[Cobalt|Co2+]]; [[Nickel|Ni2+]]; [[Kupfer|Cu2+]]; [[Trimethylboran|B(CH3)3]]; [[Zinn|Sn2+]]; [[Zink|Zn2+]]; [[Blei|Pb2+]]; [[Rhodium|Rh3+]]; [[Iridium|Ir3+]]; [[Osmium|Os2+]]; [[Ruthenium|Ru3+]]; [[Antimon|Sb3+]]; [[Bismut|Bi3+]]; [[Ruthenium|SO]][[Schwefeldioxid|2]]

* Weich: [[Platin|Pt2+]]; [[Platin|Pt4+]]; [[Palladium|Pd2+]]; [[Gold|Au+]]; [[Quecksilber|Hg2+]]; Hg22+; [[Cadmium|Cd2+]]; [[Kupfer|Cu+]]; [[Caesium|Cs+]]; [[Borane|BH3]]; [[Silber|Ag+]]; [[Thallium|Tl+]]; [[Thallium|Tl3+]]; [[Germanium|Ge2+]]; [[Rhodium|Rh+]]; [[Iridium|Ir+]]; [[Ruthenium|Ru2+]]; [[Brom|Br2]]; [[Iod|I2]]

=== Basen ===
* Hart: [[Wasser|H2O]]; [[Hydroxidion|OH−]]; [[Fluorid|F−]]; [[Chlorid|Cl−]]; [[Ammoniak|NH3]]; [[Amine|R3N]]; [[Essigsäure#Salze der Essigsäure|CH3COO−]]; [[Carbonat|CO32−]]; [[Hydrazin|N2H4]]; [[Phosphat|PO43−]]; [[Oxide|O2−]]; [[Perchlorate|ClO4−]]; [[Sulfate|SO42−]]; [[Nitrate|NO3−]]; RO−; RNH2
* Grenzbereich: [[Bromide|Br−]]; [[Nitrite|NO2−]]; [[Sulfite|SO32−]]; [[Azide|N3−]]; [[Stickstoff|N2]]; [[Pyridin|C5H5N]]; [[Anilin|C6H]][[Pyridin|5]]NH2

* Weich: [[Thiocyanat|SCN−]]; [[Thioether|R2S]]; [[Thiole|R–SH]]; [[Cyanid|CN−]]; [[Phosphane|R3P]]; [[Iodid|I−]]; [[Sulfide|S2−]]; [[Hydride|H−]]; [[Schwefelwasserstoff|H2S]]; HS−; [[Kohlenstoffmonoxid|CO]]; [[Thiosulfate|S2O32−]]; [[Ethen|C2H4]]; [[Benzol|C6H6]]

== Literatur ==
* 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 ==
<references />

[[Kategorie:Acidität und Basizität|Hsab-Konzept]]
[[Kategorie:Reaktionsregel|Hsab-Konzept]]

HSAB-Konzept - Versionsgeschichte

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