田小瑞

【摘? 要】軟硬酸堿理論簡稱HSAB（Hard-Soft-Acid-Base）理論，是一種嘗試解釋酸堿反應(yīng)及其性質(zhì)的現(xiàn)代理論。它目前在化學(xué)研究中得到了廣泛的應(yīng)用，其中最重要的莫過于對配合物穩(wěn)定性的判別和其反應(yīng)機(jī)理的解釋。軟硬酸堿理論的基礎(chǔ)是酸堿電子論，即以電子對得失作為判定酸、堿的標(biāo)準(zhǔn)。因此，文章對軟硬酸堿原則在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】軟硬酸堿原則;環(huán)境科學(xué);應(yīng)用

軟硬酸堿（Soft and Hard Acids and Bases，SHAB）原則是六十年代初在化學(xué)領(lǐng)域中提出的關(guān)于絡(luò)合作用及成鹽反應(yīng)性能的經(jīng)驗(yàn)概括十余年來已在有機(jī)化學(xué)田、催化及化學(xué)鍵理論的研究中得到廣泛應(yīng)用。近年在我國已引起人們注意，戴安邦提出酸堿軟硬度的勢標(biāo)度及相親強(qiáng)度等概念，進(jìn)而探討其與絡(luò)合物穩(wěn)定性之間的關(guān)系.這是將這一原則向定量化推進(jìn)的初步嘗試.晚近軟硬酸堿概念對金屬螯合物形成的研究，亦頗著成效。鑒于酸堿反應(yīng)和絡(luò)合以及成鹽作用在環(huán)境中的普遍存在，也由于SHAB原則在地質(zhì)、生物化學(xué)及其他學(xué)科中的成功，因此可以期望將它用于處理環(huán)境污染、三廢治理、污染物的分析與監(jiān)測以至環(huán)境致病因素的探討等環(huán)境科學(xué)的基本問題時(shí)，會(huì)提供某些有益的啟示，而迄今國內(nèi)外關(guān)于該主題的系統(tǒng)研究似尚未見。

1軟硬酸堿原則在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用

1.1環(huán)境污染

站在環(huán)境污染角度看，“硬親硬、軟親軟”具有的多種多樣體現(xiàn)，機(jī)械因素會(huì)帶來一定程度的環(huán)境污染，同時(shí)一些化學(xué)因素也會(huì)帶來環(huán)境污染，從而可知，軟硬酸堿原則制約著環(huán)境污染。

1.2環(huán)境中元紊的分布

水廣泛存在于人體與地球表面的各部分;同時(shí)，人體與地球表面的各部分在一定程度上影響著元素的分布，且其是化學(xué)反應(yīng)的基本條件，讓其成為一種硬堿，并能夠促使全部的離子溶劑化，當(dāng)其他配位體與金屬離子相接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生反應(yīng)，也可說其同硬堿水分子相角逐。硬酸包括：K+、Na+、Mg2+、Ca2+等，這些元素都能夠同水向結(jié)合，并能夠讓其他配位體具有比較高的濃度，如：雖然海洋中有數(shù)量較多的Cl-，但硬酸中的Al3+等依然會(huì)存在，存在形式為：水解產(chǎn)物、水合物，而軟酸的存在形式為：AgCI2-。鋁鹽溶液中的水解作用使其具有的毒性，由于除更硬的F-外，一般Al3+都會(huì)與一OH-結(jié)合，但部分軟酸或交界酸通常于配位體（含一N或一S）結(jié)合，這種結(jié)合形式普遍存在于生物體與礦物。如：在有的溫泉中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)硫化物沉淀，如：Pb，As，Cu，Ag，Hg等;在地殼中常發(fā)現(xiàn)Pb，Cu，Zn，Ag，Hg等常呈硫化物礦;鈾的天然礦泉中常含有大量碳酸，這主要是由于硬酸易與硬堿結(jié)合。

同時(shí)，許多瀝青鈾礦也共生碳酸鹽礦物。此外，在各種地表水中具有大量的硬酸和硬堿的結(jié)合物，這些結(jié)合物都屬于含鹽的主體為，如：在河水中鹽主要成分是：Na+（5.15%）、Ca++（18.15%）、CO3=（31.29%）、Mg++（3.05%）、K+（1.90%）等。在地面中的主體元素為：O、Si、A1、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti、P，其都屬于硬酸與硬堿的結(jié)合物，其余的微量元素大多是軟酸與軟堿的結(jié)合物。在人體中，其中六種99%以上由蛋白質(zhì)、脂肪、酪、核酸等11種元素組成，構(gòu)成所有細(xì)胞的主要為Ca、K、Mg，在體液中的NaCI的存在形式為鹽。植物中的主體元素為H，C，O。由于其中多酪類與纖維素占有比例較大，使得大多數(shù)微量元素具有不同的生理功能。

1.3痕量元素的污染

在軟硬酸堿原則中，痕量元素會(huì)在一定程度上污染環(huán)境、危害人與生物。如：軟酸中的Hg+或Hg2+結(jié)合蛋白質(zhì)分子中的琉基，這是由于含-SH的配位體一般為軟堿。在人體中，汞的富集屬于“軟親軟”，當(dāng)汞蒸氣吸入人體后，人體中的血液或者其他部位會(huì)發(fā)生氧化，從而形成Hg2+，多數(shù)富集在甲狀腺中。因?yàn)榧谞钕僦写嬖谲泬A，加上在汞中毒者的器官中汞和硒的共存比是相等的。在人體中，As3+及AsH3會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化，從而形成有機(jī)腫酸鹽，一旦其分子尺寸進(jìn)一步擴(kuò)大，將成為軟酸，若其同軟配位體二琉基辛酸結(jié)合，將會(huì)在一定程度上抑制硫辛酸的活性，使丙酮酸氧化降低，進(jìn)而減弱丙酮酸在血液中的積累與呼吸作用。生物體的必需元素包括：銅、碘、氟等，一旦這些元素出現(xiàn)過剩嚴(yán)重情況，會(huì)在極大程度上阻礙生物體的新陳代謝。

1.4三廢治理

三廢治理的方式比較多，治理對象不同，所需手段也就不同，治理手段為：離子交換、共沉淀、溶劑萃取等。對于各種酸生產(chǎn)的尾氣，可以使用稀酸溶液吸收，從而對其進(jìn)行較好的治理。由于水屬一種硬堿溶劑，可以有效的吸收氫鍵分子的硬酸，屬于“硬親硬”。然而，在使用稀酸吸收治理方式時(shí)，相關(guān)工作人員應(yīng)對熱效應(yīng)加以考慮。對于溶劑萃取，因?yàn)樗釅A反應(yīng)一些溶劑是溶質(zhì)與溶劑的作用的本質(zhì)，這就使得軟溶劑包括含硫、氮溶劑、烴類、苯。由于硬酸和硬堿聯(lián)系離子鍵，而軟酸與軟堿的作用聯(lián)系共價(jià)鍵，這就使得其與極性存在一定的關(guān)系。

對于含鉻的廢水，可使用TBP萃取手段進(jìn)行治理。由于烷基汞含毒，使用軟溶劑能夠較為容易的進(jìn)行萃取，苯在乙基汞、碘化甲基汞中屬于較好的溶劑，屬“軟親軟”。在分離與富集痕量金屬元素中，鰲形樹脂存在重要作用，依據(jù)給予體原子O，N，S為硬，鰲合基團(tuán)包括：交界、軟堿。聚合芳胺能夠顯著吸收Cu2+、Co2+、Ni2+、Zn2+。氨基苯基硫醇與乙二醛縮合形成的樹脂，-SH可以替換-OH基，對有的軟酸加以選擇，能夠用于海水中提取金，在反相分配層析技術(shù)中使用TBP治理手段，能夠?qū)鬯姆蚁┓垩b柱加以處理，有針對性地吸附U，從而對廢水中鈾加以提取與精制。鰲形樹脂能夠作為固相絡(luò)合劑進(jìn)行應(yīng)用，從而非常明顯的表現(xiàn)軟硬酸堿原則。在三廢治理中共沉淀分離和富集得到廣泛應(yīng)用，對于氫氧化鐵中含鉻和砷的廢水，可以使用共沉淀加以處理，讓鉻變成Cr，再沉淀，并使砷成為砷酸鹽。

1.5環(huán)境衛(wèi)生

通過研究痕量元素毒性系統(tǒng)，可以得出，致毒機(jī)理比較復(fù)雜，其含有的化合物質(zhì)（如：砷、鎬、硫酸銅、稀土等），能夠致癌。香煙中的As，Co，Cd會(huì)造成辜丸癌發(fā)生，這些軟酸結(jié)合蛋白質(zhì)中的琉基，尼古丁在體內(nèi)結(jié)合成亞硝基堿，可引起大腸癌;柿子中的丹寧，是一種含多經(jīng)基的硬配位體，其極易和硬酸發(fā)生反應(yīng)，抑制其吸收;菠菜中的草酸，是一種硬配位體，其極易和鈣反應(yīng)，而生成沉淀，從而在一定程度上影響鈣的生理功能。胺和亞硝酸鹽結(jié)合能夠生成亞硝胺，其屬于交界堿一酸衍生物，其能造成細(xì)胞突然變異，致癌作用較強(qiáng);洋白菜、蘿卜、菜花等中的酶具有分解亞硝胺的作用，可對亞硝胺存在的影響加以消除。

目前，在工業(yè)生產(chǎn)中使用的毒物超過12000種。其中許多急性中毒物都與軟硬酸堿原則存在聯(lián)系，如：CN-農(nóng)藥、馬錢子堿、CO等。CN-是一種很強(qiáng)的軟堿，容易與體內(nèi)存在的各種軟酸絡(luò)合，會(huì)使得微量元素的比例出現(xiàn)失調(diào)，并使得新陳代謝機(jī)能受到一定程度的影響，而致毒。維生素C為抗壞血酸，對金屬而言其是較好的防銹劑，其部分取代金屬處理中同Cr有關(guān)的一些生產(chǎn)工序。鉻酸鹽是一種劇毒屬于強(qiáng)烈的致癌毒物。此外，土壤缺鋅，會(huì)導(dǎo)致植物中缺乏葉綠素，果樹會(huì)患有“萎黃病”;若缺錳，燕麥會(huì)患有“灰斑病”;若缺銅，植物會(huì)發(fā)生退綠與枯萎卷葉。

2結(jié)語

總之，當(dāng)前科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展，雖使得人們的生活水平得到極大程度的提高，但也讓人們居住的環(huán)境變得越來越差，并對人們的生命健康造成極大的威脅。為能夠?qū)@些問題進(jìn)行處理。相關(guān)人員需要不斷研究與實(shí)踐。軟硬酸堿原則簡明直觀，通過不斷深入研究這一基礎(chǔ)理論，有利于環(huán)境科學(xué)的系統(tǒng)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡巖青.從化學(xué)鍵角度對軟硬酸堿理論的思考和解釋[J].文理導(dǎo)航，2019（2）：63-63.

（作者單位：陜西未來能源化工有限公司）