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超強(qiáng)酸

 昵稱(chēng)19539840 2019-04-13

?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)

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