Pro některé, slovo superkyselinu‘ může vykouzlit obrazy nadpozemské bytosti a mezihvězdné průzkumníci z populární sci-fi filmy jako ‚Cizí‘. Má silné kyseliny pro krev byla hlavní linii obrany pro tvory v této konkrétní filmové série, ale mohl kyselin dostatečně silný, aby hořet přes loď trupy opravdu existují v přírodě?
superacid je přesně to, co to zní; extrémně silná kyselina., Přemýšlejte o tom, co jsou běžné kyseliny schopné—způsobit ošklivé popáleniny nebo výbušnou reakci—a nyní tento účinek vynásobte 100, 1 000 nebo dokonce milionem. Na této úrovni se superacidy mohou zdát fantastické, protože reagují a rozpouštějí téměř cokoli—od vosku a hornin až po kov a dokonce i sklo.
Co jsou superacidy?
jak víme, běžné kyseliny, jako je kyselina octová nalezená v octě, mohou být definovány jejich hodnotou pH. Čím silnější je kyselina a čím vyšší je její protonová koncentrace, tím nižší je pH. hodnoty pH však nemohou definovat všechny kyseliny., Jako superacids by pH hodnoty, které jsou hluboko pod standardní rozsah a mívají prudké reakce s vodou, které nemůže být měřeno pH. K vytvoření nějaké formy standardizace pro tato řešení, chemici vytvořili nové měření, Hammett kyselost funkce (H0), definovat superacids.
ve vodném roztoku je převládajícím druhem kyseliny H30+, měřeno stupnicí pH. Kromě rozsahu pH se však účinná aktivita vodíkových iontů mění mnohem rychleji kvůli variabilitě povahy kyseliny., V čisté kyselině sírové je převládajícím druhem kyseliny HSO+ místo H30+, což ovlivňuje měření protonu a činí kyselinu mnohem silnější. Funkce Hammett acidity umožňuje tuto změnu druhu, výpočet převládajících druhů kyselin jako funkce H30+. Čistá kyselina sírová má Hammett hodnotu H = -12, což znamená, že kyseliny přítomné druhy (HSO+) má protonating sílu ekvivalentní H30+ v ideální koncentraci 1012 mol/L.,
Hammett kyselost funkce používá kyselina sírová, jako jeho výchozí, definování superkyselinu jako médium s kyselostí vyšší než 100% čisté kyseliny sírové, nebo tam, kde je chemický potenciál protonů je vyšší než čistá kyselina sírová. Vzhledem k tomu, že kyselina sírová je mimořádně žíravá, můžete si představit, že cokoli silnějšího by bylo extrémně silné. Například superacidy „triflic acid“ a „fluorosulphuric acid“ jsou asi tisíckrát silnější než kyselina sírová!
kyselina Fluoroantimonová-nejsilnější kyselina ze všech?,
je zajímavé, že většina superacidů je ve skutečnosti kombinací jiných kyselin. Podívejme se na nejsilnější známou superacid; kyselina fluoroantimonová, s funkcí hammettovy kyselosti H0 = -28.
Fluoroantimonic kyselina je vyroben kombinací fluorovodík (HF) s obsahem antimonu pentafluoride (SbF5), což v kyselinu, která je 1016 krát silnější než kyselina sírová. Vodíkových iontů v HF je připojen k fluoru velmi slabý dipolárních dluhopisů, což představuje extrémní kyselost superkyselinu., Jak je znázorněno ve vzorci níže, Volný proton se snadno disociuje ve směsi a vede k silné reaktivitě s jinými látkami, když skáče mezi anionty. Tato kyselina je tak silná, že musí být uložena ve speciálně vyrobených obalech potažených fluorem (vášniví stoupenci cizích filmů věří, že kyselá cizí krev je kyselina na bázi fluoru).
HF + SbF5 → H + + SbF6 –
další silná kyselina, nazvaná „magická kyselina“, je směs antimonového pentafluoridu a kyseliny fluorosulfonové. Tato kyselina je tak silná, že dokonce reaguje s inertními uhlovodíky nalezenými ve voskových svíčkách., Protože vosk je tak stabilní sloučenina, je působivým úspěchem zahájit s ním reakci, natož ji úplně rozpustit. Říká se, že vědci, kteří objevili tento jev, si mysleli, že je to kouzelný trik, protože bylo považováno za nemožné, aby jakákoli kyselina rozpustila svíčku.
kyselá síla mnoha superacidů pochází z této schopnosti zpřístupnit protony pro reakci. V kyselinách na bázi vody jsou protony hydratovány a jsou stabilizovány okolními molekulami vody., U superacidů jsou však tyto protony vystaveny, aniž by je nic stabilizovalo, což má za následek extrémní reaktivitu a protonovou mobilitu.
Na jaké aplikace lze superacidy aplikovat?
je to vysoce reaktivní vlastnost protonů v superacidu, která poskytuje tak silnou užitečnost. Vzhledem k tomu, že superacidy mohou tvořit vlastní rozpouštědlo nebo mohou být použity v organických rozpouštědlech, mohou být aplikovány na mnoho různých reakcí ve srovnání s rozpouštědly na bázi vody. Například kyseliny obvykle nereagují s uhlovodíky, jako je vosk nebo ropný olej, ale superacidy mohou., Superkyseliny rozbíjejí uhlovodíky na kladně nabité uhlovodíkové kationty, které krátce existují jako meziprodukty, než jsou modifikovány pokračujícími chemickými reakcemi.
tato silná protonová darovací charakteristika superacidů navíc poskytuje dobrý základ pro studium karbokačních meziproduktů. Tyto molekuly jsou extrémně reaktivní a nestabilní, takže jejich studium jakýmkoli smysluplným způsobem je obtížné. Smícháním s superacidy se stávají poněkud stabilními a mohou být podrobněji prozkoumány, aby pomohly vysvětlit, jak může být jeden uhlovodík přeměněn na užitečnější.,
probíhající výzkum uhlovodíků a karbokací je podporován chemickým průmyslem, ve kterém jsou superacidy běžnou součástí. Petrochemický průmysl používá superacids jako katalyzátory pro primární tepelné krakování k výrobě high-oktanové plynu frakce, zatímco polymer průmysl používá superacids se na výrobu vysoce-hustota polymerů a jako katalyzátory pro řadu reakcí, včetně esterifikace, izomerace, alkylaci a polymeraci., Tato široká škála aplikací zůstává aktivními oblastmi výzkumu, protože se dozvídáme více o hodnotě superacidů jako silných katalyzátorů v různých chemických reakcích.
Co to všechno znamená…
I když superacids jsou velmi nebezpečné a mají potenciál být toxické nebezpečnosti pro životní prostředí, tato řešení vyzkoušet limity organické chemie, což umožňuje rozvoj carbonium ion výzkumu, a přispívá tak k chemické inženýrství.,
Pokud se chcete dozvědět více o anorganických kyselinách dostupných ve výzkumných množstvích od společnosti Alfa Aesar, navštivte stránky anorganických kyselin nebo nás kontaktujte.