För vissa kan ordet ”superacid” framkalla bilder av andra världsliga varelser och interstellära upptäcktsresande från populära sci-fi-filmer som ”Alien”. Att ha kraftfull syra för blod var den främsta försvarslinjen för varelserna i den speciella filmfranchisen, men kan syror som är kraftfulla nog att bränna genom rymdskeppsskal verkligen existera i naturen?
en superacid är precis vad det låter som; en extremt kraftfull syra., Tänk på vad vanliga syror kan-orsaka en otäck brännskada eller en explosiv reaktion—och multiplicera nu den effekten med 100, 1000 eller till och med en miljon. På denna nivå kan superacider verka fantastiska när de reagerar med och löser upp ganska mycket någonting-från vax och stenar, till metall och jämnt glas.
vad är superacida?
som vi vet kan vanliga syror som ättiksyra som finns i ättika definieras av deras pH-värde. Ju starkare syran är och ju högre dess protonkoncentration desto lägre pH. pH-värden kan dock inte definiera alla syror., Eftersom superacida skulle ha pH-värden som ligger långt under standardområdet och tenderar att ha en våldsam reaktion med vatten, kan de inte mätas med pH. för att skapa någon form av standardisering för dessa lösningar skapade kemister en ny mätning, Hammett surhetsfunktionen (H0), för att definiera superacida.
i en vattenlösning är den dominerande syraarten H30+, mätt med pH-skalan. Utöver pH-intervallet förändras emellertid den effektiva vätejonaktiviteten mycket snabbare på grund av variation i syrans natur., I ren svavelsyra är den dominerande syraarten HSO + i stället för H30+, vilket påverkar Protonet som mäts och gör syran mycket starkare. Hammett surhetsfunktionen möjliggör denna förändring av arter, som beräknar de dominerande syraarterna som en funktion av H30+. Ren svavelsyra har ett Hammettvärde på h = -12, vilket innebär att de närvarande syraarterna (HSO+) har en protoneringsstyrka som motsvarar H30 + vid en idealisk koncentration på 1012 mol / L.,
funktionen för surhet i Hammett använder svavelsyra som baslinje och definierar en superacid som medium med surhet större än 100% ren svavelsyra eller där protons kemiska potential är högre än den för ren svavelsyra. Med tanke på att svavelsyra är exceptionellt frätande kan du föreställa dig att något starkare skulle vara extremt kraftfullt. Till exempel är superaciderna ”triflinsyra” och ”fluorosulfurinsyra” båda ungefär tusen gånger starkare än svavelsyra!
Fluoroantimonsyra-den starkaste syran av dem alla?,
intressant är de flesta superacider faktiskt en kombination av andra syror. Låt oss ta en titt på den starkaste kända superacid; fluoroantimonsyra, med en Hammett surhetsfunktion av H0 = -28.
Fluoroantimonsyra framställs genom att vätefluorid (HF) kombineras med antimonpentafluorid (SbF5), vilket resulterar i en syra som är 1016 gånger starkare än svavelsyra. Vätejonen i HF är fäst vid fluor med en mycket svag dipolär bindning, som står för superacidens extrema surhet., Som visas i formeln nedan dissocierar den fria protonen lätt i blandningen och resulterar i stark reaktivitet med andra ämnen när den hoppar mellan anjoner. Denna syra är så stark att den måste lagras i specialproducerade fluorpolymerbelagda Behållare (ivrig anhängare av främmande filmer tror att det sura främmande blodet är en fluorbaserad syra).
HF + Sbf5 → h + + Sbf6 –
en annan kraftfull syra, kallad ”magic acid”, är en blandning av antimonpentafluorid och fluorosulfonsyra. Denna syra är så potent att den även reagerar med inerta kolväten som finns i vaxljus., Eftersom vax är en sådan stabil förening är det en imponerande prestation att initiera en reaktion med den, än mindre helt lösa upp den. Det sägs att forskarna som upptäckte detta fenomen tyckte att det var ett magiskt trick, eftersom det ansågs omöjligt för någon syra att lösa upp ett ljus.
den sura styrkan hos många superacida kommer från denna förmåga att göra protoner tillgängliga för reaktion. I vattenbaserade syror hydreras protoner och stabiliseras sålunda av omgivande vattenmolekyler., Men i superacida exponeras dessa protoner, med ingenting runt för att stabilisera dem, vilket resulterar i extrem reaktivitet och protonrörlighet.
vilka program kan superacida tillämpas på?
det är denna mycket reaktiva egenskap hos protoner i en superacid som ger ett så starkt verktyg. Med tanke på att superacida kan bilda sitt eget lösningsmedel eller användas i organiska lösningsmedel, kan de appliceras på många olika reaktioner jämfört med vattenbaserade lösningsmedel. Till exempel reagerar syror vanligtvis inte med kolväten som vax eller petroleumolja, men superacida kan., Superacider bryter kolväten till positivt laddade kolvätekatjoner, som kortfattat existerar som mellanprodukter innan de modifieras genom fortsatta kemiska reaktioner.
dessutom ger denna starka protondonationskarakteristik för superacida en bra grund för studien av karboceringsintermediärer. Dessa molekyler är extremt reaktiva och instabila, så det är svårt att studera dem på något meningsfullt sätt. Genom att blanda dem med superacida blir de något stabila och kan undersökas närmare för att förklara hur ett kolväte kan omvandlas till en mer användbar.,
pågående kolväte-och karbokationsforskning stöds av kemikalieindustrin, där superacida är en vanlig komponent. Den petrokemiska industrin använder superacida som katalysatorer för primär termisk krackning för att producera högoktangasfraktioner, medan polymerindustrin använder superacida vid framställning av högdensitetspolymerer och som katalysatorer för en rad reaktioner inklusive förestring, isomerisering, alkylering och polymerisering., Detta breda spektrum av tillämpningar är fortfarande aktiva forskningsområden som vi lär oss mer om värdet av superacida som kraftfulla katalysatorer i en mängd olika kemiska reaktioner.
vad det betyder…
även om superacider är extremt farliga och har potential att vara en giftig miljöfara, testar dessa lösningar gränserna för organisk kemi, vilket möjliggör framsteg av karboniumjonforskning och bidrar till kemiteknik.,
om du vill veta mer om de oorganiska syror som finns i forskningsmängder från Alfa Aesar, besök sedan sidorna oorganiska syror eller kontakta oss.