Per alcuni, la parola ‘superacido’ può evocare immagini di creature ultraterrene ed esploratori interstellari da popolari film di fantascienza come ‘Alien’. Avere un potente acido per il sangue era la principale linea di difesa per le creature in quel particolare franchise cinematografico, ma gli acidi potevano abbastanza potenti da bruciare attraverso gli scafi delle astronavi esistono davvero in natura?
Un superacido è proprio quello che sembra; un acido estremamente potente., Pensate a quali acidi ordinari sono in grado di causare una brutta bruciatura o una reazione esplosiva e ora moltiplicate quell’effetto per 100, 1.000 o anche un milione. A questo livello, i superacidi possono sembrare fantastici mentre reagiscono e dissolvono praticamente qualsiasi cosa-dalla cera e dalle rocce, al metallo e persino al vetro.
Cosa sono i superacidi?
Come sappiamo, gli acidi comuni come l’acido acetico che si trovano nell’aceto possono essere definiti dal loro valore di pH. Più forte è l’acido e maggiore è la sua concentrazione di protoni, minore è il pH. Tuttavia, i valori di pH non possono definire tutti gli acidi., Poiché i superacidi avrebbero valori di pH molto al di sotto dell’intervallo standard e tendono ad avere una reazione violenta con l’acqua, non possono essere misurati dal pH. Per creare una qualche forma di standardizzazione per queste soluzioni, i chimici hanno creato una nuova misurazione, la funzione di acidità di Hammett (H0), per definire i superacidi.
In una soluzione acquosa la specie acida predominante è H30+, misurata con la scala del pH. Tuttavia, oltre l’intervallo di pH, l’attività effettiva degli ioni idrogeno cambia molto più rapidamente a causa della variabilità della natura dell’acido., Nell’acido solforico puro, la specie acida predominante è HSO + invece di H30+, influenzando il protone misurato e rendendo l’acido molto più forte. La funzione di acidità di Hammett consente questo cambiamento di specie, calcolando le specie acide predominanti in funzione di H30+. L’acido solforico puro ha un valore Hammett di H = -12, il che significa che la specie acida presente (HSO+) ha una forza protonante equivalente a H30+ ad una concentrazione ideale di 1012 mol/L.,
La funzione di acidità di Hammett utilizza l’acido solforico come base di riferimento, definendo un superacido come un mezzo con acidità superiore al 100% di acido solforico puro, o dove il potenziale chimico dei protoni è superiore a quello dell’acido solforico puro. Dato che l’acido solforico è eccezionalmente corrosivo, puoi immaginare che qualcosa di più forte sarebbe estremamente potente. Ad esempio, i superacidi “acido triflic” e “acido fluorosolforico” sono entrambi circa mille volte più forti dell’acido solforico!
Acido fluoroantimonico-l’acido più forte di tutti?,
È interessante notare che la maggior parte dei superacidi sono in realtà una combinazione di altri acidi. Diamo un’occhiata al superacido più forte conosciuto; acido fluoroantimonico, con una funzione di acidità di Hammett di H0 = -28.
L’acido fluoroantimonico è ottenuto combinando il fluoruro di idrogeno (HF) con il pentafluoruro di antimonio (SbF5), risultando in un acido 1016 volte più forte dell’acido solforico. Lo hydrogen idrogeno in HF è attaccato al fluoro da un legame dipolare molto debole, che rappresenta l’estrema acidità del superacido., Come mostrato nella formula seguente, il protone libero si dissocia facilmente nella miscela e provoca una forte reattività con altre sostanze mentre salta tra gli anioni. Questo acido è così forte che deve essere conservato in contenitori rivestiti di polimero fluoro appositamente prodotti (i seguaci avidi dei film Alieni credono che il sangue alieno acido sia un acido a base di fluoro).
HF + SbF5 → H + + SbF6-
Un altro potente acido, soprannominato “acido magico”, è un mix di pentafluoruro di antimonio e acido fluorosolfonico. Questo acido è così potente che reagisce anche con idrocarburi inerti trovati nelle candele di cera., Poiché la cera è un composto così stabile, è un risultato impressionante iniziare una reazione con esso, per non parlare di dissolverlo completamente. Si dice che i ricercatori che hanno scoperto questo fenomeno pensassero che fosse un trucco magico, poiché si pensava impossibile per qualsiasi acido sciogliere una candela.
La forza acida di molti superacidi deriva da questa capacità di rendere i protoni disponibili per la reazione. Negli acidi a base d’acqua, i protoni sono idratati e quindi sono stabilizzati dalle molecole d’acqua circostanti., Tuttavia, nei superacidi, questi protoni sono esposti, senza nulla intorno per stabilizzarli, con conseguente estrema reattività e mobilità dei protoni.
A quali applicazioni possono essere applicati i superacidi?
È questa proprietà altamente reattiva dei protoni in un superacido che fornisce un’utilità così forte. Dato che i superacidi possono formare il proprio solvente o essere utilizzati in solventi organici, possono essere applicati a molte reazioni diverse rispetto ai solventi a base d’acqua. Ad esempio, gli acidi di solito non reagiscono con idrocarburi come cera o olio di petrolio, ma i superacidi possono., I superacidi rompono gli idrocarburi in cationi di idrocarburi caricati positivamente, che esistono brevemente come intermedi prima di essere modificati da continue reazioni chimiche.
Inoltre, questa forte caratteristica di donazione di protoni dei superacidi fornisce una buona base per lo studio degli intermedi di carbocation. Queste molecole sono estremamente reattive e instabili, quindi studiarle in modo significativo è difficile. Mescolandoli con i superacidi, diventano un po ‘ stabili e possono essere esaminati più da vicino per aiutare a spiegare come un idrocarburo può essere trasformato in uno più utile.,
La ricerca in corso di idrocarburi e carbocation è sostenuta dall’industria chimica, in cui i superacidi sono una componente comune. L’industria petrolchimica utilizza i superacidi come catalizzatori per il cracking termico primario per produrre frazioni di gas ad alto numero di ottano, mentre l’industria polimerica utilizza i superacidi nella produzione di polimeri ad alta densità e come catalizzatori per una serie di reazioni tra cui esterificazione, isomerizzazione, alchilazione e polimerizzazione., Questa vasta gamma di applicazioni rimane aree attive di ricerca come apprendiamo di più sul valore dei superacidi come catalizzatori potenti in una varietà di reazioni chimiche.
Cosa significa tutto means
Anche se i superacidi sono estremamente pericolosi e hanno il potenziale per essere un pericolo ambientale tossico, queste soluzioni testano i limiti della chimica organica, consentendo il progresso della ricerca sugli ioni di carbonio e contribuendo all’ingegneria chimica.,
Se vuoi saperne di più sugli acidi inorganici disponibili in quantità di ricerca da Alfa Aesar, visita le pagine Acidi inorganici o contattaci.