For noen, ordet «superacid’ kan trylle opp bilder av utenomjordiske skapninger og interstellar oppdagere fra populære sci-fi filmer som «Alien». Etter å ha kraftig syre for blod var den viktigste linjen av forsvar for de skapninger i en bestemt film-serien, men kan syrer kraftig nok til å brenne gjennom romskip skrog virkelig finnes i naturen?
En superacid er akkurat hva det høres ut som, en svært kraftig syre., Tenk på hva vanlige syrer er i stand til—å forårsake en ekkel brenne eller en eksplosiv reaksjon—og nå formere seg at effekten av 100, 1000 eller enda en million. På dette nivået, superacids kan virke fantastisk som de reagerer med og løser seg opp ganske mye annet—fra voks og stein, metall og til og med glass.
Hva er superacids?
Som vi vet, er vanlige syrer som eddiksyre funnet i eddik kan være definert av sine pH-verdi. Jo sterkere syre er og jo høyere proton konsentrasjon, jo lavere pH. Imidlertid pH-verdier ikke kan definere alle syrer., Som superacids ville ha pH-verdier som er langt under standard utvalg og har en tendens til å ha en voldsom reaksjon med vann, de kan ikke bli målt ved pH. For å skape noen form for standardisering for disse løsningene, kjemikere opprettet en ny måling, Hammett surhet funksjon (H0), for å definere superacids.
I en vandig løsning dominerende syre arter er H30+, målt ved pH-skalaen. Men utover pH-område, effektiv hydrogen ion-aktivitet endringer mye raskere på grunn av variasjon i arten av syre., I ren svovelsyre, den dominerende syre arter er HSO+ i stedet for H30+, som påvirker proton blir målt og gjør at syre for mye sterkere. Den Hammett surhet funksjon gjør det mulig for denne endringen av arter, beregne den dominerende syre arter som en funksjon av H30+. Ren svovelsyre har en Hammett verdien av H = -12, noe som betyr at syre arter som er til stede (HSO+) har en protonating styrke tilsvarende H30+ på en ideell konsentrasjon av 1012 mol/L.,
Hammett surhet funksjonen bruker svovelsyre som sin baseline, å definere en superacid som et medium med surhet større enn 100% ren svovelsyre, eller der det kjemiske potensialet av protoner er høyere enn for ren svovelsyre. Gitt at svovelsyre er svært etsende, kan du forestille deg at noe sterkere vil være svært kraftig. For eksempel, den superacids ‘triflic syre» og «fluorosulphuric acid’ er begge over ett tusen ganger sterkere enn svovelsyre!
Fluoroantimonic syre—den sterkeste syren av dem alle?,
det er Interessant at de fleste superacids er faktisk en kombinasjon av andre syrer. La oss ta en titt på det sterkeste kjent superacid; fluoroantimonic syre, med en Hammett surhet funksjon av H0 = -28.
Fluoroantimonic syre er laget ved å kombinere hydrogen fluor (HF) med antimon pentafluoride (SbF5), noe som resulterer i en syre som er 1016 ganger sterkere enn svovelsyre. Hydrogen ion i HF er knyttet til fluor av en svært svak dipolar bond, som står for ekstreme surhet av superacid., Som vist i formelen nedenfor, gratis proton lett dissosierer i blandingen og resultater i sterk reaksjon med andre stoffer som det hopper mellom anioner. Denne syren er så sterk at det må være lagret i spesielt produsert fluor polymer belagt beholdere (ivrige tilhengere av Alien-filmene tror at den sure fremmed blod er en fluor-basert syre).
HF + SbF5 → H+ + SbF6-
– >
en Annen kraftig syre, kalt «magic syre», er en blanding av antimon pentafluoride og fluorosulphonic syre. Denne syren er så potent at det selv reagerer med inert hydrokarboner som finnes i voks lys., Som voksen er slik et stabilt stoff, det er en imponerende prestasjon å starte en reaksjon med det, la alene helt oppløse den. Det er sagt at forskerne som oppdaget dette fenomenet trodde det var et magisk triks, som det var tenkt umulig for noen acid til å oppløse et stearinlys.
Den sure styrke av mange superacids kommer fra denne muligheten til å gjøre protoner tilgjengelig for reaksjon. I vann-basert syrer, protoner er hydrert, og så er stabilisert av omkringliggende vann molekyler., Imidlertid, i superacids, disse protoner er utsatt, med noe rundt for å stabilisere dem, noe som resulterer i ekstreme reaktivitet og proton mobilitet.
Hvilke programmer kan superacids brukes til?
Det er denne svært reaktivt eiendom protoner i en superacid som gir en så sterk verktøyet. Gitt at superacids kan danne sine egne løsemiddel eller brukes i organiske løsemidler, de kan brukes til mange forskjellige reaksjoner i forhold til vann-basert løsemidler. For eksempel, syrer vanligvis ikke reagerer med hydrokarboner som voks eller olje olje, men superacids kan., Superacids bryte hydrokarboner i positivt ladet hydrokarbon kationer, som kort eksistere som intermediater før de blir modifisert ved å fortsette kjemiske reaksjoner.
I tillegg, denne sterke proton donasjon karakteristisk for superacids gir et godt grunnlag for studier av carbocation viderekommende. Disse molekylene er svært reaktive og ustabile, så å studere dem på en meningsfull måte, er vanskelig. Ved å blande dem med superacids, de blir ganske stabil og kan bli undersøkt mer nøye for å bidra til å forklare hvordan en hydrokarbon kan bli forvandlet til en mer nyttig en.,
Pågående hydrokarbon og carbocation forskning er støttet av kjemikalier industrien, der superacids er en vanlig komponent. Den petrokjemiske industrien bruker superacids som katalysatorer for primær-termisk cracking for å produsere høy-oktan bensin fraksjoner, mens polymer industrien bruker superacids i produksjon av high-density polymerer og som katalysatorer for en rekke reaksjoner, inkludert esterification, isomerization, alkylering, og polymerisasjon., Denne bredt spekter av programmer er fortsatt aktiv områder av forskning som vi lærer mer om verdien av superacids så kraftig katalysatorer i en rekke kjemiske reaksjoner.
Hva alt betyr…
Selv om superacids er ekstremt farlig, og har potensial til å være en giftig miljøskadelig, disse løsningene teste grensene for organisk kjemi, slik at fremme av carbonium ion forskning og bidra til kjemisk prosessteknologi.,
Hvis du ønsker å lære mer om de uorganiske syrer tilgjengelig i forskning mengder fra Alfa Aesar, så besøk den uorganiske syrer sider eller ved å kontakte oss.