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又称超酸。是一种酸性比高氯酸还强的酸(注:有些人认为王水可以溶金,所以误认为王水酸性极强,事实上王水的酸性并非很强,甚至不及硫酸。而高氯酸是无机含氧酸中的最强酸)。一般分类如下:布朗斯特超酸,路易斯超酸,共轭布朗斯特-路易斯超酸,固体超强酸。超酸作为一个良好的催化剂,使一些本来难以进行的反应能在较温和的条件下进行,故在有机合成中得到 广泛应用。
超强酸是一类酸性比浓硫酸还强的酸。 世界上已开发和研制了比硫酸、盐酸、硝酸酸性强几百万倍,甚至几十亿倍的超强酸。以HSO3F-SbF5为例,超酸比100%硫酸强10^19倍。
注:酸性和腐蚀性强度没有关系。
a.布朗斯特超酸,如HSO3Cl、HSO3F和HSO3CF3等,室温下为液体,本身为酸性极强的溶剂。
b.路易斯超酸:SbF5、AsF5、AuF5、TaF5和NbF5等,其中除却AuF5外,氟锑酸是已知最强的路易斯酸,可用于制备正碳离子和魔酸等共轭超酸。
c. 共轭布朗斯特--路易斯超酸:包括一些由布朗斯特和路易斯酸组成的体系。如:H2SO4·SO3(H2S2O7);H2SO4·B(OH)3;HSO3F·SbF5;HSO3F等。
d. 固体超酸:硫酸处理的氧化物TiO2·H2SO4;ZrO2·H2SO4;路易斯酸处理的TiO2·SiO2等。
a. 非电解质成为电解质,能使很弱的碱质子化(碳正离子)
b. 超酸中,解离出多卤素阳离子I、I、Br、Cl等
c. 良好的催化剂
物质的量为1:0.3的氢氟酸和五氟化锑混合时的酸性强度要比无水硫酸(100%)的强度强约大1亿倍。
而HF~SbF5的物质的量比1:1(氟锑酸)时其酸性估计可达无水硫酸的10^19倍,是已知最强的超强酸。这些超强酸如魔酸,它是五氟化锑和氟磺酸按体积比1:1混合制成的混酸。其酸度只是无水硫酸的1000万倍,在世界市场上已有商品出售,超强酸在化学和化学工业上,有很大应用价值,它既是无机及有机的质子化试剂,又是活性极高的催化剂。过去很多在普通环境下极难实现或根本无法实现的化学反应在超强酸环境中。却能异常顺利地完成。
这里需要指出的是,人们常说的"王水",其实质是一种混合腐蚀剂,而不是酸,它的腐蚀作用的原理是高浓度的原子态氯,配合高浓度的氯离子,这使得常态下很稳定的贵金属在其中能够顺利参与反应,从而被腐蚀。故而王水的溶解能力和真正意义的酸性是两码事。在中学课本中,金属的活泼性被划分为"氢前金属"和"氢后金属",这是针对金属和非氧化性强酸水溶液反应的活性而言。但是现实情况要更复杂些,一些很强的非氧化性强酸能跟银这样的贵金属发生反应,例如浓盐酸和浓氢碘酸,这不仅仅因为其水溶液有很高浓度的水合氢离子,而且和其阴离子的络合能力有关--但这些"特例"仍然在常规意义的"酸"的范畴。
直到有一天奥莱教授和他的学生偶然发现了一种奇特的溶液,它居然能溶解不溶于王水的高级烷烃蜡烛,人们才知道通常人们所知道的几大强酸都还不算什么,还有比它们强得多的酸,人们称之为"超强酸",其中包含魔酸,也就是氟锑磺酸。
草酸属于弱酸,草酸能代替盐酸成盐.
耐强酸碱,高温易变形态,不易长期暴晒易风化氧化
盐酸是洁厕剂中最普遍使用的一种酸其中还含有杀虫剂、次氯酸钠和漂白剂等化学成分,而盐酸具有很强的刺激性气味,为了掩盖这种难闻的气味,多数产品都添加有香精等物质.但盐酸的刺激性气味很难掩盖,因为盐酸的腐蚀...
从成分上看,超强酸是由两种或两种以上的含氟化合物组成的溶液。它们的酸性强的令人难以置信,比如氢氟酸和五氟化锑按1 :0.3(物质的量之比)混合时,它的酸性是浓硫酸的1亿倍。按1 :1混合时,它的酸性是浓硫酸的10^19倍。所以王水在它们面前只能是"小巫见大巫"。
由于超强酸的酸性和腐蚀性强的出奇,所以过去一些极难或根本无法实现的化学反应,在超强酸的条件下便能顺利进行。比如正丁烷,在超强酸的作用下,可以发生碳氢键的断裂,生成氢气,也可以发生碳碳键的断裂,生成甲烷,还可以发生异构化生成异丁烷,这些都是普通酸做不到的。
超强酸可以使碳正离子活性降低,使其反应可受人工控制,对工业生产有重要作用。
可以预料,随着这些具有超常酸性和腐蚀性超强酸的相继问世,化学和化学工业将会迅速走进新时代。
以下的资料是以哈米特酸度函数作为依据,酸度以大负数H0值表示(负数的绝对值越大,酸性越强,纯硫酸的哈米特酸度函数为-11.93):
氟锑酸【1:1】(1990)(pKa值= -28)
魔酸【1:1】(1974)(pKa值= -25)
碳硼烷酸(1969)(pKa值= -18.0)
氟磺酸(1944)(pKa值=-15.6)
三氟甲磺酸(1940)(pKa值=-14.6)
固体超强酸SbF5-SiO2-Al2O3,SbF5-TiO2-SiO2(pKa值= = -13.75 ~ -14.52)
高氯酸(pKa值=-13)
纯硫酸(pKa值=-11.93)
固体超强酸催化合成季戊四醇油酸酯及其防锈性能研究
采用SO_4~(2-)/ZrO_2型固体超强酸为催化剂,以油酸和季戊四醇为原料在高温下合成了季戊四醇油酸酯(PETO),确定了最佳试验工艺条件。摩擦试验结果表明,与150SN和A51相比,合成的PETO具有良好的润滑性能。将PETO与防锈剂T705进行复配,通过盐雾箱试验和电化学方法研究了其防锈性,结果表明PETO以适当比例与T705复配使用,可以有效提高T705防锈性能,是一种优良的防锈助剂。
玻璃球负载纳米级SO_4~(2-)/TiO_2固体超强酸催化合成丙酸苄酯
用玻璃球负载纳米级SO42-/TiO2固体超强酸催化合成丙酸苄酯,对丙酸苄酯的合成条件和催化剂的重复使用效果进行了研究。在最佳反应条件下,丙酸的转化率为97.5%。实验还表明,该催化剂对丙酸和苄醇的酯化反应在重复使用5次后,反应3.0 h时丙酸的转化率变为90.3%,催化产物的气相色谱说明该催化剂选择性好,无副产物生成,是合成丙酸苄酯的良好催化剂,具有较好的应用前景。
又称超酸。是一种比100%硫酸还强的酸。特别是液体超强酸,HF.SbF5超酸比100%硫酸强10^19倍,有严重腐蚀性和严重公害。全氟磺酸树脂(Nafion-H)是如今已知的最强固体超强酸,具有耐热性能好、化学稳定性和机械强度高等特点。一般是将带有磺酸基的全氟乙烯基醚单体与四氟乙烯进行共聚,得到全氟磺酸树脂。由于Nafion-H分子中引入电负性最大的氟原子,产生强大的场效应和诱导效应,从而使其酸性剧增。与液体超强酸相比,用作催化剂时,易于分离,可反复使用。且腐蚀性小,引起公害少,选择性好,容易应用于工业化生产。
《甲醇·氨和新能源经济》论述了以化工能源甲醇、氨和多元化替代能源,如太阳能、风能、水能、生物质能、地热及核能的现代化利用构成的"新能源经济"。在替代油气化石能源经济方面,分析资料翔实,多有创意。哈伯因为发明"合成氨"获得了1918年的诺贝尔化学奖,奥拉因为在超强酸体系中发现了碳正离子及其在碳氢化学上包括倡导"甲醇经济"的杰出贡献获得了1994年的诺贝尔化学奖。如果说哈伯发明"合成氨"帮助人类解决了粮食问题,那么,奥拉倡导"甲醇经济"将会帮助人类解决面临的能源问题。
《甲醇·氨和新能源经济》结合中国能源经济的实际情况,既有前瞻启发性,又有现实可行性,可供能源管理部门、开发研究设计和有关企事业单位、能源化工和汽车及其燃料生产经营单位的有关人员参阅,尤其适于高校能源专业的师生参阅。
常见的超强酸有
布朗斯特-劳莱超酸:HF HSO3Cl HSO3F HSO3CF3 HClO4
路易斯超酸:SbF5 AsF5 TaF5 NbF5
固体超酸:ZrO2-H2SO4 SbF5-SiO2-Al2O3
混合超酸:SbF5-HSO3F
超酸的主要类型
a.布朗斯特超酸,如HF、HClO4、HSO3Cl、HSO3F和HSO3CF3等,室温下为液体,本身为酸性溶剂。
b.路易斯超酸:SbF5、AsF5、TaF5和NbF5等,其中SbF5是如今已知最强的路易斯酸,可用于制备正碳离子和魔酸等共轭超酸。
c. 共轭布朗斯特——路易斯超酸:包括一些由布朗斯特和路易斯酸组成的体系。如:H2SO4·SO3(H2S2O7);H2SO4·B(OH)3;HSO3F·SbF5;HSO3F等。
d. 固体超酸:硫酸处理的氧化物TiO2·H2SO4;ZrO2·H2SO4;路易斯酸处理的TiO2·SiO2等。
(Fluoroantimonic acid]),是氟化氢(HF)与五氟化锑(SbF5)的混合物,可全称为六氟合锑酸,如今已知最强的超强酸。其中,氟化氢提供质子(H )和共轭碱氟离子(F"_blank" href="/item/亲核试剂/3049129" data-lemmaid="3049129">亲核试剂和非常弱的碱。于是质子就成为了“自由质子”,从而导致整合体系具有酸性。氟锑酸的酸性通常是纯硫酸的2×10^19倍(哈米特酸度函数 = 31.3)。
魔酸(Magic acid)是最早发现的超强酸,称它有魔法是因为它能够分解蜡烛中的蜡。魔酸是一种路易斯酸五氟化锑(SbF5)和一种质子酸氟磺酸(FSO3H)的混合物。魔酸是无色透明的粘稠液体,含杂质时为淡黄色、棕色甚至是黑绿色。有明显的刺激性气味,纯净的氟锑磺酸密度大致为3.61-3.82g/ml,无固定溶沸点(哈米特酸度函数 = 19.2)
碳硼烷酸(Carborane superacid):2004年,河滨加州大学的Christopher Reed研究小组合成出了这种最强的纯酸—碳硼烷酸(化学式:CHB11Cl11),碳硼烷的结构十分稳定且体积较大,一价负电荷被分散在碳硼烷阴离子的表面,因而与氢阳离子的作用很弱,从而具有令人吃惊的释放氢离子的能力。酸性是氟硫酸的一千倍,纯硫酸的一百万倍,但由于碳硼烷的结构稳定,在释出氢离子后难以再发生变化,因此腐蚀性极低,又被称为最温和的强酸。它能溶解不溶于王水的高级烷烃蜡烛。碳硼烷酸的应用十分广泛,可以用来制造“酸化”的有机分子,研究这些在自然界中短暂存在的有机分子有助于科学家了解物质发生变化的深层次机理,而科学家希望用碳硼烷酸酸化惰性气体氙,确定该气体的惰性强度。(哈米特酸度函数 = 18.0)