超強酸

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超強酸(Superacid)是指比純硫酸酸性更強的酸[1]

簡單的超強酸包括三氟甲磺酸[2]氟磺酸[3],它們的酸性都是硫酸的上千倍。在更多的情況下,超強酸不是單一純淨物而是幾種化合物的混合物。值得注意的是,以前有說法認為王水酸性很強,是超強酸,這種說法基於的是王水能溶解金、鉑等金屬這個現象,但實際上,這僅僅體現的是王水的強氧化性,而且,就酸性而言,王水不及純硫酸。

超強酸這一術語由美國化學家詹姆斯·布萊恩特·科南特James Bryant Conant)於1927年提出,用於表示比通常的無機酸更強的酸。美籍匈牙利化學家喬治·安德魯·歐拉George Andrew Olah)因其在碳正離子和超強酸方面的研究獲得1994年諾貝爾化學獎

超強酸的例子[編輯]

氟銻酸[編輯]

氟銻酸(Fluoroantimonic acid),是氟化氫(HF)與五氟化銻(SbF5)的混合物,為現在已知最強的超強酸。其中,氟化氫提供質子(H+)和共軛鹼氟離子(F),氟離子通過強配位鍵與親氟的五氟化銻生成具有八面體穩定結構的六氟化銻陰離子(SbF6),而該離子是一種非常弱的親核試劑和非常弱的。於是質子就成為了「自由質子」,從而導致整合體系具有極強的酸性。氟銻酸的酸性通常是純硫酸的2×1019倍(哈米特酸度函數 = − 31.3)。

氫氟酸和五氟化銻按1 :0.3(摩爾比)混合時,它的酸性是濃硫酸的1億倍;按1 :1混合時,它的酸性是濃硫酸的10億倍;按0.2 :1混合時,其酸性是100%純硫酸的109倍。所以王水在它們面前只能是「小巫見大巫」。

由於超強酸的酸性強的出奇,所以過去一些極難或根本無法實現的化學反應,在超強酸的條件下便能順利進行。比如正丁烷,在超強酸的作用下,可以發生碳氫鍵的斷裂,生成氫氣,也可以發生碳碳鍵的斷裂,生成甲烷,還可以發生異構化生成異丁烷,這些都是普通酸做不到的。

魔酸[編輯]

魔酸(Magic acid)是最早發現的超強酸,稱它有魔法是因為它能夠分解蠟燭中的。魔酸是一種路易斯酸五氟化銻(SbF5)和一種質子酸氟磺酸(FSO3H)的混合物。(哈米特酸度函數 = − 19.2)LEJF

碳硼烷酸[編輯]

碳硼烷酸(Carborane superacid):2004年,河濱加州大學的Christopher Reed研究小組合成出了這種最強的純酸—碳硼烷酸(化學式:CHB11Cl11),碳硼烷的結構十分穩定且體積較大,一價負電荷被分散在碳硼烷陰離子的表面,因而與氣場離子的作用很弱,從而具有令人吃驚的釋放氫離子能力。酸性是氟硫酸的一千倍、純硫酸的一百萬倍,但由於碳硼烷的結構穩定,在釋出氫離子後難以再發生變化,因此腐蝕性極低,又被稱為最溫和的超強酸。(哈米特酸度函數 = − 18.0)

參見[編輯]

參考資料[編輯]

  1. ^ Chemistry (IUPAC), The International Union of Pure and Applied. IUPAC - superacid (S06135). goldbook.iupac.org. [2022-05-01]. (原始內容存檔於2022-07-16). 
  2. ^ Simonato, Jean-Pierre. Article: Meet the industrial superacid: triflic acid and derivatives can be very efficient tools for modern chemistry.(Triflic acid). Chemistry and Industry. December 19, 2005. 
  3. ^ Juhasz, Mark; Hoffmann, Stephan; Stoyanov, Evgenii; Kim, Kee-Chan; Reed, Christopher A. The Strongest Isolable Acid. Angewandte Chemie International Edition. 2004-10-11, 43 (40): 5352–5355 [2022-05-01]. ISSN 1433-7851. doi:10.1002/anie.200460005. (原始內容存檔於2022-05-01) (英語).