Teoria HSAB

La teoria HSAB (acronimo inglese di hard and soft acids and bases, ovvero acidi e basi duri e molli), nota anche come "concetto di acido e base secondo Pearson" e proposta da Ralph Pearson nel 1968^[1][2][3], è ampiamente usata in chimica per spiegare la stabilità di composti chimici, reazioni chimiche ecc.

Il suo intento è classificare come "duro" o "molle", "acido" o "base" le diverse specie chimiche coinvolte in un equilibrio. Per completezza, è bene ricordare che non vi è un'esatta traduzione in italiano dei termini hard e soft, tuttavia quella più comunemente adoperata traduce con "duro" e "molle" oppure "morbido" o "soffice" o ancora "forte" o "debole", meno usati per non confondere le idee con precedenti definizioni.

Possiamo interpretare la teoria di Pearson come un'estensione della teoria di Lewis, la quale prevedeva reazioni acido-base del genere:

${\displaystyle A+:B\rightleftarrows A:B}$

Nella realtà di tutti i giorni, come affermava Pearson, le reazioni avvengono tutte (o quasi) nel solvente. Da questa idea, parte per rendere tutte le reazioni acido-base, delle sostituzioni del genere:

${\displaystyle A:B'+A':B\rightleftarrows A:B+A':B'}$

dove siano ${\displaystyle A'}$ e ${\displaystyle B'}$ il solvente stesso, ${\displaystyle A}$ e ${\displaystyle B}$ rispettivamente un generico acido e una generica base.

Questa teoria è adoperata in contesti in cui prevale l'ambito qualitativo, piuttosto che quello quantitativo, ovvero fornisce un'ulteriore descrizione che aiuta a comprendere meglio i fattori predominanti che determinano certe proprietà o reattività delle molecole. La teoria HSAB si è fatta largo nella chimica dei metalli di transizione, con i quali sono stati condotti numerosi esperimenti al fine di determinare l'ordinamento relativo dei ligandi e la classificazione degli ioni di tali metalli in termini di durezza e morbidezza. Recentemente è stato dimostrato che persino la sensibilità e le prestazioni dei materiali esplosivi possono essere spiegate sulla base della teoria HSAB.^[4][5]

Esempio

Gli ioni delle terre rare Ln³⁺ sono acidi duri, con una marcata affinità per basi dure che leghino attraverso l'ossigeno. L'acqua risponde perfettamente al requisito e questo rende conto della difficile lavorabilità in soluzione acquosa di questi ioni.

Il principio di Pearson è di tipo qualitativo, basato su osservazioni empiriche. Ad ogni modo, possiamo quantificare questo concetto sulla teoria di Klopman-Salem degli orbitali molecolari di frontiera, la quale spiega l'intensità e la stabilità di un legame fra varie specie chimiche studiando i loro HOMO e LUMO, termini mutuati dalla teoria dell'orbitale molecolare e che sono acronimi inglesi che stanno per lowest unoccupied molecular orbital (orbitale molecolare vuoto più basso) e highest occupied molecular orbital (orbitale molecolare pieno a più alta energia).^[6]