?超強(qiáng)酸

超強(qiáng)酸又稱(chēng)超酸。是一種酸性比100%硫酸還強(qiáng)的酸。簡(jiǎn)單的超強(qiáng)酸包括三氟甲磺酸和氟磺酸，它們的酸性都是硫酸的上千倍。一般分類(lèi)如下：布朗斯特超酸，路易斯超酸，共軛布朗斯特-路易斯超酸，固體超強(qiáng)酸。超酸作為一個(gè)良好的催化劑，使一些本來(lái)難以進(jìn)行的反應(yīng)能在較溫和的條件下進(jìn)行，故在有機(jī)合成中得到 廣泛應(yīng)用。

中文名

超強(qiáng)酸

英文名

superacid

別 稱(chēng)

超酸

應(yīng) 用

主要作催化劑；使非電解質(zhì)成為電解質(zhì)等

簡(jiǎn)要概述

品名：超強(qiáng)酸

拼音：chaoqiangsuan

英文名稱(chēng)：superacid

超強(qiáng)酸是一類(lèi)酸性比100%硫酸還強(qiáng)的酸。

世界上已開(kāi)發(fā)和研制了比硫酸、鹽酸、硝酸酸性強(qiáng)幾百萬(wàn)倍，甚至幾十億倍的超強(qiáng)酸。這些超強(qiáng)酸，酸性極強(qiáng)。以HSO3F－SbF5為例，HF.SbF5超酸比100%硫酸強(qiáng)10^19倍，有嚴(yán)重腐蝕性和嚴(yán)重公害。

應(yīng)用價(jià)值

物質(zhì)的量為1：0.3的氫氟酸和五氟化銻混合時(shí)的酸性強(qiáng)度要比無(wú)水硫酸（100%）的強(qiáng)度約大1億倍。

而HF～SbF5的物質(zhì)量比1：1（氟銻酸）時(shí)其酸性估計(jì)可達(dá)無(wú)水硫酸的10^19倍，是已知最強(qiáng)的超強(qiáng)酸。這些超強(qiáng)酸如魔酸，它是五氟化銻和氟磺酸按體積比l：l混合制成的混酸。其酸度只是無(wú)水硫酸的1000萬(wàn)倍，在世界市場(chǎng)上已有商品出售，超強(qiáng)酸在化學(xué)和化學(xué)工業(yè)上，極有應(yīng)用價(jià)值，它既是無(wú)機(jī)及有機(jī)的質(zhì)子化試劑，又是活性極高的催化劑。過(guò)去很多在普通環(huán)境下極難實(shí)現(xiàn)或根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)在超強(qiáng)酸環(huán)境中。卻能異常順利地完成。

在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，人們認(rèn)為王水就是酸中之王，是最強(qiáng)的酸了，因?yàn)榧词故屈S金，遇到王水也會(huì)像“泥牛入?！币粯雍芸熳兊臒o(wú)影無(wú)蹤。

直到有一天奧萊教授和他的學(xué)生偶然發(fā)現(xiàn)了一種奇特的溶液，它能溶解不溶于王水的高級(jí)烷烴蠟燭，人們才知道其實(shí)王水并不是最強(qiáng)的酸，還有比它強(qiáng)的酸，這就是魔酸，又叫超強(qiáng)酸，氟銻磺酸。

成分分析

從成分上看，超強(qiáng)酸是由兩種或兩種以上的含氟化合物組成的溶液。它們的酸性強(qiáng)的令人難以置信，比如氫氟酸和五氟化銻按1：0.3（摩爾比）混合時(shí)，它的酸性是濃硫酸的1億倍。按1：1混合時(shí)，它的酸性是濃硫酸的10^9倍。所以王水在它們面前只能是“小巫見(jiàn)大巫”。

由于超強(qiáng)酸的酸性和腐蝕性強(qiáng)的出奇，所以過(guò)去一些極難或根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)，在超強(qiáng)酸的條件下便能順利進(jìn)行。比如正丁烷，在超強(qiáng)酸的作用下，可以發(fā)生碳?xì)滏I的斷裂，生成氫氣，也可以發(fā)生碳碳鍵的斷裂，生成甲烷，還可以發(fā)生異構(gòu)化生成異丁烷，這些都是普通酸做不到的。

超強(qiáng)酸可以使碳正離子活性降低，使其反應(yīng)可受人工控制，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)有重要作用。

可以預(yù)料，隨著這些具有超常酸性和腐蝕性超強(qiáng)酸的相繼問(wèn)世，化學(xué)和化學(xué)工業(yè)將會(huì)迅速走進(jìn)新時(shí)代。

主要類(lèi)型

a.布朗斯特超酸，如HSO3Cl、HSO3F和HSO3CF3等，室溫下為液體，本身為酸性極強(qiáng)的溶劑。

b.路易斯超酸：SbF5、AsF5、TaF5和NbF5等，其中SbF5是已知最強(qiáng)的路易斯酸，可用于制備正碳離子和魔酸等共軛超酸。

c.共軛布朗斯特——路易斯超酸：包括一些由布朗斯特和路易斯酸組成的體系。如：H2SO4·SO3(H2S2O7）；H2SO4·B(OH)3；HSO3F·SbF5；HSO3F等。

d.固體超酸：硫酸處理的氧化物TiO2·H2SO4；ZrO2·H2SO4；路易斯酸處理的TiO2·SiO2等。

超酸用途

a.非電解質(zhì)成為電解質(zhì)，能使很弱的堿質(zhì)子化（碳正離子）

b.超酸中，解離出多鹵素陽(yáng)離子（I2）+、（I3）+、（Br2）+、（Cl2）+等

c.良好的催化劑

氟銻酸

（Fluoroantimonicacid]），是氟化氫（HF）與五氟化銻（SbF5）的混合物，可全稱(chēng)為六氟合銻酸，現(xiàn)在已知最強(qiáng)的超強(qiáng)酸。其中，氟化氫提供質(zhì)子（H+）和共軛堿氟離子（F-），氟離子通過(guò)強(qiáng)配位鍵與親氟的五氟化銻生成具有八面體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的六氟化銻陰離子（SbF6），而該離子是一種非常弱的親核試劑和非常弱的堿。于是H+(質(zhì)子）就成為了“自由質(zhì)子”，從而導(dǎo)致整合體系具有極強(qiáng)的酸性。氟銻酸的酸性通常是純硫酸的10^19倍（哈米特酸度函數(shù)=-28）。

魔酸

魔酸（Magicacid）是最早發(fā)現(xiàn)的超強(qiáng)酸，稱(chēng)它有魔法是因?yàn)樗軌蚍纸庀灎T中的蠟。魔酸是一種路易斯酸五氟化銻（SbF5）和一種質(zhì)子酸氟磺酸（FSO3H）的混合物。魔酸是無(wú)色透明的粘稠液體，含雜質(zhì)時(shí)為淡黃色、棕色甚至是黑綠色。有明顯的刺激性氣味，純凈的氟銻磺酸密度大致為3.61-3.82g/ml，無(wú)固定溶沸點(diǎn)（1:1哈米特酸度函數(shù)=-25）酸性為純硫酸的10萬(wàn)億倍。

碳硼烷酸

碳硼烷酸（Carboranesuperacid）：2004年，河濱加州大學(xué)的ChristopherReed研究小組合成出了這種最強(qiáng)的純酸—碳硼烷酸（化學(xué)式：CHB11Cl11），碳硼烷的結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定且體積較大，一價(jià)負(fù)電荷被分散在碳硼烷陰離子的表面，因而與氫陽(yáng)離子的作用很弱，從而具有令人吃驚的釋放氫離子的能力。酸性是氟硫酸的一千倍，純硫酸的一百萬(wàn)倍，但由于碳硼烷的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在釋出氫離子后難以再發(fā)生變化，因此腐蝕性極低，又被稱(chēng)為最溫和的強(qiáng)酸。它能溶解不溶于王水的高級(jí)烷烴蠟燭。碳硼烷酸的應(yīng)用十分廣泛，可以用來(lái)制造“酸化”的有機(jī)分子，研究這些在自然界中短暫存在的有機(jī)分子有助于科學(xué)家了解物質(zhì)發(fā)生變化的深層次機(jī)理，而科學(xué)家希望用碳硼烷酸酸化惰性氣體氙，確定該氣體的惰性強(qiáng)度。（哈米特酸度函數(shù)=-18.0）

酸度對(duì)照

以下的資料是以哈米特酸度函數(shù)作為依據(jù)，酸度以大負(fù)數(shù)H0值表示（負(fù)數(shù)的絕對(duì)值越大，酸性越強(qiáng)，純硫酸的哈米特酸度函數(shù)為-11.93）：

氟銻酸【1:1】（1990）（H0值=-28）

魔酸【1:1】（1974）（H0值=-25）

碳硼烷酸（1969）（H0值=-18.0）

氟磺酸（1944）（-15.6）

三氟甲磺酸（1940）（-14.6）

固體超強(qiáng)酸SbF—SiO—AlO，SbF—TiO—SiO(Ho=-13.75~-14.52）

高氯酸（-13）

純硫酸（-11.93）