Теория кислот и оснований льюиса в трактовке процесса образования комплексных соединений

Образование комплексов достаточно хорошо описывается электронной теорией кислот и оснований Льюиса. Согласно этой теории основаниями называются соединения, выступающие донорами электронных пар, а кислотами — вещества, проявляющие акцепторный характер в отношении свободных пар электронов. Тогда при образовании координационной связи акцептор электронов (кислота Льюиса) взаимодействует с донором электронов (основание Льюиса). По Г. Льюису, в результате «реакции нейтрализации» заполняется свободная электронная оболочка акцептора. Таким образом, центральный ион — комплексообразователь с точки зрения теории Льюиса — является кислотой, а лиганд — основанием. Считается, что особенно устойчивые комплексы образуются, если центральный атом достраивает свои электронные оболочки до конфигурации инертного газа. Например, ион Fe²⁺ имеет 14 электронов на 3-м уровне (3.у²3//'3(/⁶-конфигурация). Присоединяя шесть электронных пар от шести цианид-ионов (^².?/?³-гибридизация) электронная оболочка центрального атома достраивается до электронной конфигурации криптона.

Теорию Льюиса в 1963 г. существенно дополнил и развил Р. Г. Пирсон. Важнейшее положение теории Льюиса заключалось в том, что при образовании кислотно-основного комплекса появляется ковалентная связь. Р. Г. Пирсон рассматривает и другие типы взаимодействий между электрофильными и нуклеофильными частицами, вплоть до образования электростатических ионных связей. По его представлениям к кислотно-основным относятся реакции образования электрозаряженных комплексов (катионных и анионных) и формирования кристаллической решетки солей.

По теории Пирсона все кислоты и основания делят на две группы: жесткие и мягкие. При этом жесткими называют соединения, молекулы которых обладают реакционноспособными центрами с малодеформируемой электронной структурой. Иными словами, жесткие кислоты — это слабополяризующиеся частицы с высокими электростатическими характеристиками. Жесткими могут быть соединения, образованные атомами с высокой электроотрицательностью, такими как атомы азота, кислорода и фтора (жесткие основания: F", ОН^-, О^2-, NH₃, N₂H₄, СН₃СОО, РО4″ и др.) или катионы с большим зарядом (жесткие кислоты: Al³⁺, Fe³⁺, Ti⁴~ и др.). Мягкие соединения, наоборот, имеют легкодеформируемую электронную структуру и высокую поляризуемость, обычно это частицы с низким зарядом и большими размерами (мягкие кислоты: Си', Ag', Cr°, Fe°, Pt²⁺ и др.; мягкие основания: Br, S^2-, СО, R^S, ароматические соединения и др.).

Жесткость и мягкость реагентов являются характеристиками, определяющими термодинамическую стабильность образующихся соединений. Жесткие кислоты в образовании соединений предпочтение отдают жестким основаниям. Аналогично комбинируются мягкие кислоты и мягкие основания. Теория Пирсона оказалась полезной для априорной оценки на качественном уровне относительной стабильности продуктов химических реакций, в частности, реакций комплексообразования.