Superacid

Un super acid este un acid care prezintă o aciditate mult mai mare comparativ cu acidul sulfuric de puritate 100%, care pe scara acidității lui Hammett are valoarea H₀ = -12.^[1]^[2] Conform definiției moderne, un superacid este un mediu în care potențialul chimic al protonului este mai mare decât în cazul acidului sulfuric pur.^[3]

De regulă compusul comercial care poartă această denumire este un amestec de acid trifluorometansulfonic (CF
3SO
3H, cunoscut și sub denumirea de acid triflic) și acidul fluorosulfonic FSO
3H, acizi de zeci de ori mai puternici decât acidul sulfuric. Cei mai puternici superacizi se prepară prin combinarea unui acid tare de tip Lewis cu un acid tare de tip Brønsted.

Istoric

Denumirea de superacid e datorată chimistului englez James Bryant Conant care adoptă această denumire în anul 1927 pentru a descrie acizii mult mai puternici decît acizii minerali convenționali.^[4]

George A. Olah fost premiat în anul 1994 cu premiul Nobel pentru cercetarea superacizilor și utilizarea lor în observarea și studierea carbo-cationilor. Amestecul său (numit de altfel și "acidul magic Olah"), ce are capacitatea de a ataca hidrocarburile, este o mixtură de pentafluorură de stibiu și acid fluorosulfonic. Superacidul este denumit astfel după ce unul dintre colaboratorii doctoranzi a lui Olah a scufundat o lumînare în soluția acidului magic. Lumînarea s-a dizolvat, ceea ce a demonstrat capacitatea acidului de a protona hidrocarburile (ceara conține lanțuri lungi alcanice, iar ceara sintetică este o hidrocarbură fără grupări funcționale), lucru pe care acizii normali nu îl pot face.

Acidul magic hidrolizează sub forma unei reacții puternic exoterme (explozive) în acid sulfuric (H
2SO
4) și acid fluoroantimonic (HSbF
6):

HSFO
3.SbF
5 + H
2O → H
2SO
4 + HSbF
6

Exemple

Mai jos se regăsesc valorile acidității Hammett pentru cei mai comuni superacizi, cel mai tare fiind acidul fluoroantimonic.^[5] Creșterea acidității corespunde unei scăderi a valorii H₀.

Acid fluoroantimonic (HF:SbF₅, H₀ între −21 și −23)
Acid magic (HSO₃F:SbF₅, H₀ = −19,2)
Acid carboran (H(HCB₁₁X₁₁), H₀ ≤ −18, determinat indirect, depinde de substituenți)
Acid fluoroboric (HF:BF₃, H₀ = −16,6)
Acid fluorosulfuric (FSO₃H, H₀ = −15,1)
Acid fluorhidric (HF, H₀ = −15,1)^[6]
Acid triflic (HOSO₂CF₃, H₀ = −14,9)
Acid percloric (HClO₄, H₀ = −13)
Acid sulfuric (H₂SO₄, H₀ = −11,9)

Referințe

^ Hall NF, Conant JB (1927). „A Study of Superacid Solutions”. Journal of the American Chemical Society. 49 (12): 3062–70. doi:10.1021/ja01411a010.
^ Gillespie, R. J.; Peel, T. E.; Robinson, E. A. (1 octombrie 1971). „Hammett acidity function for some super acid systems. I. Systems H2SO4-SO3, H2SO4-HSO3F, H2SO4-HSO3Cl, and H2SO4-HB(HSO4)4”. Journal of the American Chemical Society. 93 (20): 5083–5087. doi:10.1021/ja00749a021. ISSN 0002-7863. The work of Jorgenson and Hartter formed the basis for the present work, the object of which was to extend the range of acidity function measurements into the super acid region, i.e., into the region of acidities greater than that of 100% H2SO4.
^ Himmel D, Goll SK, Leito I, Krossing I (2010). „A Unified pH Scale for All Phases”. Angew. Chem. Int. Ed. 49 (38): 6885–6888. doi:10.1002/anie.201000252. PMID 20715223.
^ Hall NF, Conant JB (1927). „A Study of Superacid Solutions” (^{[nefuncțională]}). Journal of the American Chemical Society. 49: 3062–70. doi:10.1021/ja01411a010. line feed character în |format= la poziția 62 (ajutor)
^ Gillespie, R. J.; Peel, T. E. (1 august 1973). „Hammett acidity function for some superacid systems. II. Systems sulfuric acid-[fsa], potassium fluorosulfate-[fsa], [fsa]-sulfur trioxide, [fsa]-arsenic pentafluoride, [sfa]-antimony pentafluoride and [fsa]-antimony pentafluoride-sulfur trioxide”. Journal of the American Chemical Society. 95 (16): 5173–5178. doi:10.1021/ja00797a013. ISSN 0002-7863.
^ Liang, Joan-Nan Jack (1976). The Hammett Acidity Function for Hydrofluoric Acid and some related Superacid Systems (Ph.D. Thesis, advisor: R. J. Gillespie) (PDF). Hamilton, Ontario: McMaster University. p. 109.

Vezi și

Superbază

[Conant-1] Hall NF, Conant JB (1927). „A Study of Superacid Solutions”. Journal of the American Chemical Society. 49 (12): 3062–70. doi:10.1021/ja01411a010.

[2] Gillespie, R. J.; Peel, T. E.; Robinson, E. A. (1 octombrie 1971). „Hammett acidity function for some super acid systems. I. Systems H2SO4-SO3, H2SO4-HSO3F, H2SO4-HSO3Cl, and H2SO4-HB(HSO4)4”. Journal of the American Chemical Society. 93 (20): 5083–5087. doi:10.1021/ja00749a021. ISSN 0002-7863. The work of Jorgenson and Hartter formed the basis for the present work, the object of which was to extend the range of acidity function measurements into the super acid region, i.e., into the region of acidities greater than that of 100% H2SO4.

[Krossing-3] Himmel D, Goll SK, Leito I, Krossing I (2010). „A Unified pH Scale for All Phases”. Angew. Chem. Int. Ed. 49 (38): 6885–6888. doi:10.1002/anie.201000252. PMID 20715223.

[4] Hall NF, Conant JB (1927). „A Study of Superacid Solutions” (^{[nefuncțională]}). Journal of the American Chemical Society. 49: 3062–70. doi:10.1021/ja01411a010. line feed character în |format= la poziția 62 (ajutor)

[5] Gillespie, R. J.; Peel, T. E. (1 august 1973). „Hammett acidity function for some superacid systems. II. Systems sulfuric acid-[fsa], potassium fluorosulfate-[fsa], [fsa]-sulfur trioxide, [fsa]-arsenic pentafluoride, [sfa]-antimony pentafluoride and [fsa]-antimony pentafluoride-sulfur trioxide”. Journal of the American Chemical Society. 95 (16): 5173–5178. doi:10.1021/ja00797a013. ISSN 0002-7863.

[6] Liang, Joan-Nan Jack (1976). The Hammett Acidity Function for Hydrofluoric Acid and some related Superacid Systems (Ph.D. Thesis, advisor: R. J. Gillespie) (PDF). Hamilton, Ontario: McMaster University. p. 109.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]