dla niektórych słowo „superacid” może przywoływać obrazy nieziemskich stworzeń i międzygwiezdnych odkrywców z popularnych filmów sci-fi, takich jak „Alien”. Posiadanie potężnego kwasu do krwi było główną linią obrony stworzeń w tej konkretnej serii filmowej, ale czy kwasy wystarczająco silne, aby przepalić kadłuby statków kosmicznych, naprawdę istnieją w przyrodzie?
superacyd jest właśnie tym, na co wygląda; niezwykle silnym kwasem., Pomyśl, do czego zdolne są zwykłe kwasy-wywołujące nieprzyjemne oparzenia lub wybuchową reakcję – a teraz pomnóż ten efekt przez 100, 1000 lub nawet milion. Na tym poziomie superacydy mogą wydawać się fantastyczne, ponieważ reagują i rozpuszczają praktycznie wszystko—od wosku i skał, po metal, a nawet szkło.
czym są superacydy?
jak wiemy, zwykłe kwasy, takie jak kwas octowy znajdujący się w occie, można zdefiniować na podstawie ich wartości pH. Im silniejszy jest kwas i im wyższe jego stężenie, tym niższe pH. jednak wartości pH nie mogą definiować wszystkich kwasów., Ponieważ superacydy miałyby wartości pH, które są znacznie poniżej standardowego zakresu i mają tendencję do gwałtownej reakcji z wodą, nie mogą być mierzone przez pH. aby stworzyć jakąś formę standaryzacji dla tych rozwiązań, chemicy stworzyli nowy pomiar, funkcję kwasowości Hammetta (H0), aby zdefiniować superacydy.
w roztworze wodnym dominującym gatunkiem kwasu jest H30+, mierzonym w skali pH. Jednak poza zakresem pH efektywna aktywność jonów wodorowych zmienia się znacznie szybciej ze względu na zmienność charakteru kwasu., W czystym kwasie siarkowym dominującym gatunkiem kwasu jest HSO+ zamiast H30+, wpływając na mierzony proton i czyniąc kwas znacznie silniejszym. Funkcja kwasowości Hammetta pozwala na tę zmianę gatunków, obliczając dominujące gatunki kwasowe jako funkcję H30+. Czysty kwas siarkowy ma wartość Hammetta H = -12, co oznacza, że obecne gatunki kwasu (HSO+) mają siłę protonowania równoważną H30 + przy idealnym stężeniu 1012 mol / L.,
funkcja kwasowości Hammetta wykorzystuje kwas siarkowy jako podstawę, definiując superacyd jako podłoże o kwasowości większej niż 100% czystego kwasu siarkowego, lub gdzie potencjał chemiczny protonów jest większy niż potencjał czystego kwasu siarkowego. Biorąc pod uwagę, że kwas siarkowy jest Wyjątkowo żrący, można sobie wyobrazić, że cokolwiek silniejszego byłoby niezwykle silne. Na przykład, superacydy „kwas triflowy” i „kwas fluorosiarkowy” są około tysiąc razy silniejsze niż kwas siarkowy!
kwas Fluoroantimonowy-najsilniejszy kwas ze wszystkich?,
Co ciekawe, większość superacydów jest w rzeczywistości kombinacją innych kwasów. Spójrzmy na najsilniejszy znany superacyd; kwas fluoroantimonowy, z funkcją kwasowości Hammetta H0 = -28.
kwas Fluoroantymonowy powstaje w wyniku połączenia fluorku wodoru (HF) z pentafluorkiem antymonu (sbf5), w wyniku czego powstaje kwas 1016 razy silniejszy niż kwas siarkowy. Jon wodorowy w HF jest przyłączony do fluoru przez bardzo słabe Wiązanie dipolowe, które odpowiada za ekstremalną kwasowość superacydu., Jak pokazano w poniższym wzorze, wolny proton łatwo dysocjuje w mieszaninie i powoduje silną reaktywność z innymi substancjami, gdy przeskakuje między anionami. Kwas ten jest tak silny, że musi być przechowywany w specjalnie wyprodukowanych pojemnikach pokrytych polimerem fluoru (zapaleni zwolennicy filmów o Obcym uważają, że kwaśna krew obcych jest kwasem na bazie fluoru).
HF + SbF5 → H+ + SbF6-
kolejny silny kwas, nazywany „kwasem magicznym”, jest mieszaniną pentafluorku antymonu i kwasu fluorosulfonowego. Kwas ten jest tak silny, że reaguje nawet z obojętnymi węglowodorami znajdującymi się w świecach woskowych., Ponieważ wosk jest tak stabilnym Związkiem, imponującym osiągnięciem jest zainicjowanie z nim reakcji, nie mówiąc już o całkowitym rozpuszczeniu go. Mówi się, że naukowcy, którzy odkryli to zjawisko, myśleli, że to magiczna sztuczka, ponieważ uważano, że żaden kwas nie może rozpuścić świecy.
kwasowość wielu superacydów wynika z tej zdolności do udostępniania protonów do reakcji. W kwasach na bazie wody protony są uwodnione, a więc są stabilizowane przez otaczające cząsteczki wody., Jednak w superacids protony te są narażone, nie ma w pobliżu nic do ich stabilizacji, co powoduje ekstremalną reaktywność i ruchliwość protonów.
do jakich aplikacji można stosować superacydy?
jest to wysoce reaktywna właściwość protonów w superacydzie, która zapewnia tak silną użyteczność. Biorąc pod uwagę, że nadkwasy mogą tworzyć własny rozpuszczalnik lub być stosowane w rozpuszczalnikach organicznych, mogą być stosowane do wielu różnych reakcji w porównaniu do rozpuszczalników na bazie wody. Na przykład kwasy zwykle nie reagują z węglowodorami, takimi jak wosk lub olej naftowy, ale superacydy mogą., Superacydy rozkładają węglowodory na dodatnio naładowane kationy węglowodorowe, które krótko istnieją jako półprodukty przed modyfikacją przez kontynuowanie reakcji chemicznych.
Ponadto ta silna donacja protonów charakterystyczna dla superacydów stanowi dobrą podstawę do badań półproduktów karbokacyjnych. Cząsteczki te są niezwykle reaktywne i niestabilne, więc studiowanie ich w jakikolwiek znaczący sposób jest trudne. Mieszając je z nadkwasotami, stają się nieco stabilne i można je dokładniej zbadać, aby wyjaśnić, w jaki sposób jeden węglowodór może zostać przekształcony w bardziej użyteczny.,
bieżące badania nad węglowodorami i karbokatalizacją są wspierane przez przemysł chemiczny, w którym superacydy są częstym składnikiem. Przemysł petrochemiczny wykorzystuje superacydy jako katalizatory do pierwotnego krakingu termicznego do produkcji wysokooktanowych frakcji gazowych, podczas gdy przemysł polimerowy wykorzystuje superacydy do produkcji polimerów o wysokiej gęstości oraz jako katalizatory do szeregu reakcji, w tym estryfikacji, izomeryzacji, alkilacji i polimeryzacji., Ten szeroki zakres zastosowań pozostaje aktywnymi obszarami badań, ponieważ dowiadujemy się więcej o wartości superacydów jako silnych katalizatorów w różnych reakcjach chemicznych.
Co to wszystko oznacza…
mimo, że superacydy są niezwykle niebezpieczne i mogą być toksycznym zagrożeniem dla środowiska, rozwiązania te testują granice chemii organicznej, umożliwiając rozwój badań nad jonami karboniowymi i przyczyniając się do inżynierii chemicznej.,
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o kwasach nieorganicznych dostępnych w ilościach badawczych od Alfa Aesar, odwiedź strony kwasów nieorganicznych lub skontaktuj się z nami.