超强酸
超强酸(Superacid)是指比纯硫酸酸性更强的酸[1]。
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简单的超强酸包括三氟甲磺酸[2]和氟磺酸[3],它们的酸性都是硫酸的上千倍。在更多的情况下,超强酸不是单一纯净物而是几种化合物的混合物。值得注意的是,以前有说法认为王水酸性很强,是超强酸,这种说法基于的是王水能溶解金、铂等金属这个现象,但实际上,这仅仅体现的是王水的强氧化性,而且,就酸性而言,王水不及纯硫酸。
超强酸这一术语由美国化学家詹姆斯·布莱恩特·科南特()于1927年提出,用于表示比通常的无机酸更强的酸。美籍匈牙利化学家乔治·安德鲁·欧拉()因其在碳正离子和超强酸方面的研究获得1994年诺贝尔化学奖。
超强酸的例子
氟锑酸
氟锑酸(Fluoroantimonic acid),是氟化氢(HF)与五氟化锑(SbF5)的混合物,为现在已知最强的超强酸。其中,氟化氢提供质子(H+)和共轭碱氟离子(F−),氟离子通过强配位键与亲氟的五氟化锑生成具有八面体稳定结构的六氟化锑阴离子(SbF6−),而该离子是一种非常弱的亲核试剂和非常弱的碱。于是质子就成为了“自由质子”,从而导致集成体系具有极强的酸性。氟锑酸的酸性通常是纯硫酸的2×1019倍(哈米特酸度函数 = − 31.3)。
氢氟酸和五氟化锑按1 :0.3(摩尔比)混合时,它的酸性是浓硫酸的1亿倍;按1 :1混合时,它的酸性是浓硫酸的10亿倍;按0.2 :1混合时,其酸性是100%纯硫酸的109倍。所以王水在它们面前只能是“小巫见大巫”。
由于超强酸的酸性强的出奇,所以过去一些极难或根本无法实现的化学反应,在超强酸的条件下便能顺利进行。比如正丁烷,在超强酸的作用下,可以发生碳氢键的断裂,生成氢气,也可以发生碳碳键的断裂,生成甲烷,还可以发生异构化生成异丁烷,这些都是普通酸做不到的。
参考数据
- Chemistry (IUPAC), The International Union of Pure and Applied. . goldbook.iupac.org. [2022-05-01]. (原始内容存档于2022-07-16).
- Simonato, Jean-Pierre. . Chemistry and Industry. December 19, 2005.
- Juhasz, Mark; Hoffmann, Stephan; Stoyanov, Evgenii; Kim, Kee-Chan; Reed, Christopher A. . Angewandte Chemie International Edition. 2004-10-11, 43 (40): 5352–5355 [2022-05-01]. ISSN 1433-7851. doi:10.1002/anie.200460005. (原始内容存档于2022-05-01) (英语).
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