voor sommigen kan het woord ‘superacid’ beelden oproepen van buitenaardse wezens en interstellaire ontdekkingsreizigers uit populaire sci-fi films zoals ‘Alien’. Het hebben van krachtig zuur voor bloed was de belangrijkste verdedigingslinie voor de wezens in die specifieke film franchise, maar zouden zuren krachtig genoeg zijn om door ruimteschip rompen te branden, echt bestaan in de natuur?
een superzuur is precies wat het klinkt; een extreem krachtig zuur., Denk aan wat gewone zuren kunnen-veroorzaken een vervelende brandwond of een explosieve reactie-en nu vermenigvuldigen dat effect met 100, 1.000 of zelfs een miljoen. Op dit niveau kunnen superzuren fantastisch lijken als ze reageren met en vrijwel alles oplossen—van was en stenen, tot metaal en zelfs glas.
Wat zijn superzuren?
zoals bekend kunnen veel voorkomende zuren zoals azijnzuur in azijn worden gedefinieerd door hun pH-waarde. Hoe sterker het zuur is en hoe hoger de protonconcentratie, hoe lager de pH.pH-waarden kunnen echter niet alle zuren definiëren., Omdat superzuren pH-waarden hebben die ver onder het standaardbereik liggen en vaak een heftige reactie met water hebben, kunnen ze niet worden gemeten met pH. om een of andere vorm van standaardisatie voor deze oplossingen te creëren, creëerden chemici een nieuwe meting, de Hammett-zuurheidsfunctie (H0), om superzuren te definiëren.
in een waterige oplossing is H30+ de overheersende zuursoort, gemeten aan de hand van de pH-schaal. Echter, buiten het pH-bereik, verandert de efficiënte waterstofionenactiviteit veel sneller toe te schrijven aan veranderlijkheid in de aard van het zuur., In zuiver zwavelzuur is HSO+ de belangrijkste zuursoort in plaats van H30+, waardoor het gemeten proton wordt beïnvloed en het zuur veel sterker wordt. De Hammett zuurgraad functie maakt deze verandering van soort, het berekenen van de overheersende zure soort als een functie van H30+. Zuiver zwavelzuur heeft een Hammett-waarde van H = -12, wat betekent dat de aanwezige zuursoort (HSO+) een protonerende sterkte heeft die gelijk is aan H30+ bij een ideale concentratie van 1012 mol / L.,
De Hammett-zuurtegraad gebruikt zwavelzuur als uitgangswaarde, waarbij een superzuurmiddel wordt gedefinieerd als een medium met een zuurgraad van meer dan 100% zuiver zwavelzuur, of waarbij het chemische potentieel van protonen hoger is dan dat van zuiver zwavelzuur. Aangezien zwavelzuur uitzonderlijk corrosief is, kun je je voorstellen dat iets sterkers extreem krachtig zou zijn. Zo zijn de superzuren ‘trifliumzuur’ en ‘fluorzwavelzuur’ beide ongeveer duizend keer sterker dan zwavelzuur!
Fluorantimonzuur – het sterkste zuur van allemaal?,
interessant is dat de meeste superzuren eigenlijk een combinatie van andere zuren zijn. Laten we eens kijken naar de sterkste bekende superzuur; fluorantimonzuur, met een Hammett zuurgraad van H0 = -28.
Fluorantimonzuur wordt gemaakt door waterstoffluoride (HF) te combineren met antimoonpentafluoride (SbF5), wat resulteert in een zuur dat 1016 keer sterker is dan zwavelzuur. Het waterstofion in HF is verbonden met Fluor door een zeer zwakke dipolaire binding, die verantwoordelijk is voor de extreme zuurgraad van het superzuur., Zoals blijkt uit de onderstaande formule, het vrije proton gemakkelijk dissociëren in het mengsel en resulteert in een sterke reactiviteit met andere stoffen als het springt tussen anionen. Dit zuur is zo sterk dat het moet worden opgeslagen in speciaal geproduceerde fluorhoudende polymeer gecoate containers (fervent volgelingen van de Alien films geloven dat het zure buitenaardse bloed een fluor-gebaseerd zuur is).
HF + SbF5 → H+ + SbF6-
een ander krachtig zuur, genaamd ‘magic acid’, is een mengsel van antimoonpentafluoride en fluorsulfonzuur. Dit zuur is zo krachtig dat het zelfs reageert met inerte koolwaterstoffen gevonden in waskaarsen., Omdat was zo ‘ n stabiele verbinding is, is het een indrukwekkende prestatie om er een reactie mee te starten, laat staan het volledig op te lossen. Er wordt gezegd dat de onderzoekers die dit fenomeen ontdekten dachten dat het een goocheltruc was, omdat het onmogelijk werd geacht voor een zuur om een kaars op te lossen.
de zure sterkte van veel superzuren komt voort uit dit vermogen om protonen beschikbaar te maken voor reactie. In zuren op waterbasis worden protonen gehydrateerd en gestabiliseerd door het omringen van watermoleculen., In superzuren worden deze protonen echter blootgesteld, met niets om ze te stabiliseren, wat resulteert in extreme reactiviteit en proton mobiliteit.
Op welke toepassingen kunnen superzuren worden toegepast?
het is deze zeer reactieve eigenschap van de protonen in een superzuur dat zo ‘ n sterk nut biedt. Aangezien superzuren hun eigen oplosmiddel kunnen vormen of in organische oplosmiddelen kunnen worden gebruikt, kunnen ze op veel verschillende reacties worden toegepast in vergelijking met oplosmiddelen op waterbasis. Zuren reageren bijvoorbeeld meestal niet met koolwaterstoffen zoals was of petroleumolie, maar superzuren wel., Superzuren breken koolwaterstoffen in positief geladen koolwaterstofkationen, die kort als tussenproducten bestaan alvorens door voortdurende chemische reacties te worden gewijzigd.
bovendien biedt deze sterke protondonatiekarakteristiek van superzuren een goede basis voor de studie van carbocatie-tussenproducten. Deze moleculen zijn extreem reactief en onstabiel, dus het is moeilijk om ze op een zinvolle manier te bestuderen. Door ze te mengen met superzuren worden ze enigszins stabiel en kunnen ze beter worden onderzocht om te helpen verklaren hoe een koolwaterstof kan worden omgezet in een nuttiger koolwaterstof.,
lopend onderzoek naar koolwaterstoffen en carbocatie wordt ondersteund door de chemische industrie, waarin superzuren een gemeenschappelijk bestanddeel zijn. De petrochemische industrie gebruikt superzuren als katalysatoren voor primair thermisch kraken om gasfracties met een hoog octaangehalte te produceren, terwijl de polymeerindustrie superzuren gebruikt bij de productie van polymeren met een hoge dichtheid en als katalysatoren voor een reeks reacties, waaronder esterificatie, isomerisatie, alkylering en polymerisatie., Deze brede waaier van toepassingen blijft actieve onderzoeksgebieden als we meer leren over de waarde van superzuren als krachtige katalysatoren in een verscheidenheid van chemische reacties.
wat het allemaal betekent …
hoewel superzuren uiterst gevaarlijk zijn en potentieel een toxisch gevaar voor het milieu kunnen vormen, testen deze oplossingen de grenzen van de organische chemie, waardoor het onderzoek naar carboniumionen kan worden bevorderd en een bijdrage kan worden geleverd aan de chemische engineering.,
Als u meer wilt weten over de anorganische zuren die beschikbaar zijn in onderzoekshoeveelheden van Alfa Aesar, bezoek dan de pagina ‘ s met anorganische zuren of neem contact met ons op.