氟锑磺酸 百科内容来自于: 百度百科

氟锑磺酸[化学式:HSbF5(OSO2F)或SbF5·HSO3F,式量:316.82]又称魔酸。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,无固定熔沸点。电导率1.2×10-8S/m。 当质子酸路易斯酸混合时,其酸的强度增大。典型的代表是氟磺酸与五氟化锑两者以1:1(mol)的混合体系,被称为魔酸。在室温下为无色透明的黏稠状液体,它是除氟锑酸外最强的酸。在魔酸中几乎所有的有机化合物都可以发生离子化。魔酸组成之一的SbF5为无色黏稠状液体,与湿气接触产生白烟,是一种非常强的路易斯酸,能与多种化合物形成加成产物。 用作无机溶剂。

化学性质

氟锑磺酸是超强酸之一,可以看作五氟化锑氟硫酸混合物,SbF5与FSO3-离子结合成[SbF5(OSO2F)]-离子,使电离出的氢离子几乎不受粒子引力控制。[SbF5(OSO2F)]-在水溶液中完全电离,暴露在空气中强烈吸水并有部分水解形成HSbO 3、HF、H₂SO₄和其他强酸及一些络合物。故久置的魔酸中还有少量SbO 3-、F -、SO 4 2-、SbO+、SbO2+离子。SbF5(OSO2F)]-离子有和氟离子一样的活性。当皮肤沾到氟锑磺酸时先会被脱水炭化,接着碳被溶解,[SbF5(OSO2F)]-离子及少量SbO3-、F-等离子进入血液,使钙、镁离子失活,导致人体中毒。
氟锑磺酸酸性极强,以至于高氯酸、在其中都会被质子化
魔酸(图为含铅塑料玻璃试剂瓶) 魔酸(图为含铅塑料玻璃试剂瓶)
HClO₄+ HSbF5(OSO₂F) ==== [Sb F5(OSO2F)]- + [H2ClO4]+
在这种酸性环境下,一般情况下很多无法进行的有机化合反应可以顺利进行。故氟锑磺酸常作为现代化工合成反应催化剂
超强酸能向链烷烃供给质子,使其质子化形成碳正离子
R3CH + [H2SO3F]+ <----> [R3CH2]+ + HSO3F <----> H2 + [R3C]+ + HSO3F 
超强酸对链状卤素和硫阳离子的研究提供了一个优良的溶剂介质。
氟锑磺酸还是一种良好的溶剂腐蚀剂,可以将包括金、铂在内的极不活泼金属氧化溶解。氟锑磺酸通常储存在聚四氟乙烯的容器内。在室温下氟锑磺酸和玻璃作用剧烈,并能溶解烃类有机物,可以将有机含氧化合物脱水炭化,但和含铅塑料玻璃(一种状似玻璃的透明有机含铅有机材料,主要成分是 全氟聚苯乙烯四氟乙烯、和二氟化铅, 如图所示)反应很慢,故一般用含 塑料玻璃制成的细口瓶盛装。
氟锑磺酸酸使某些很难质子化的物质(如高氯酸)质子化,进一步制备含有-ClO3基团的有机物:
HClO4 + H+ ==== [H2ClO4]+
[H2ClO4]+ +H+ ====[ClO3]++ [H3O]+
C6H6 + [ClO3]+ ==== [C6H6ClO3]+
[C6H6ClO3]+ - H+ ====C6H5ClO3
氟锑磺酸酸使高级烷烃质子化,催化烷烃裂解:
(CH3)3CH + H → (CH3)3C + H2;
(CH3)4C + H → (CH3)3C + CH4
氟锑磺酸酸含有羟基的有机物(如醇、酚、羧酸等)质子化,进一步脱羟基化。
R-OH + 2H = R+(碳正离子) + [H3O]+
强氧化剂:Sb(V)氟化物例如SbF5具有一定的氧化性,加上它超强的酸性,大大增加了氧化能力,能够氧化腐蚀多种金属。要注意的是,氟锑磺酸是无水体系,当氟锑磺酸与大量水混合时发生强烈反应,失去超酸性。

发现过程

1966年圣诞节美国Case Western Keserve大学,G.A.Olah教授实验室一位研究人员J.Lukas无意中将圣诞节晚会上用过的蜡烛扔进一个酸性溶液(SbF5·HSO₃F)中,结果发现蜡烛很快地溶解了,蜡烛是由一些性质很稳定的高级脂肪烷烃混合物组成的。能够在室温下将蜡烛溶解的物质必定具有某种未知的独特因素。这促使他进一步研究,拿此实验溶液去做核磁共振研究(14C-NMR)。令人惊奇的是核磁共振谱图上竟出现了一个尖锐的叔丁基阳离子(碳正离子)峰。这种酸能溶解饱和烃。从那时起,Olah实验室人员就给SbF5·HSO3F起个绰号叫“魔酸”(Magic acid)。E. M. Arnett J.和W.Larsen于1967年2月在 Chem. Eng. News杂志上发表的文章中也将FSO3H和SbF5的混合物称为魔酸。人们习惯地将酸强度超过100% H2SO4的一个酸或酸性介质叫做超酸(或超强酸),把SbF5·HSO3F称作魔酸。也就是后来所说的超强酸。超强酸不但能溶解蜡烛,而且能使烷烃烯烃等发生一系列化学变化,这是普通酸难以做到的。例如,正丁烷在超强酸的作用下,可以发生 C—H键的断裂,生成氢气;发生C—C键的断裂,生成甲烷;还可以发生异构化反应生成异丁烷。在奥莱教授和他的学生这一发现的启示下,迄今为止,科学家们已经找到多种液态和固态的超强酸。液态的有 HF·SbF5、TaF5·HSO₃F 等。固态的有 SbF6·SO2ZrO、SbF5·SiO₂·Al₂O₃ 等,它们都有类似于SbF5·HSO₃F的性质。

贮存方法

密闭,氮气下保存,-20°C

关于魔酸

魔酸(HSbF5(OSO2F), 五氟化锑合氟代磺酸,简称 氟锑磺酸)是由两种或两种以上的含氟化合物组成的溶液。比如氟硫酸和五氟化锑按1:0.3(摩尔比)混合时,它的酸性是无水硫酸的1亿倍;按1 :1混合时,它的酸性是无水硫酸的10^19倍。能溶解不溶于王水的高级烷烃蜡烛。
酸碱中和反应的实质是质子的传递反应。超酸是指酸性比普通无机酸强10^6~10^10倍的酸。魔酸(HSO₃F-SbF5)是已知除氟锑酸(HF-SbF5)外最强的超酸,许多物质(如H₂SO₄)在魔酸中可获得质子(即质子化)。
SbF5和HF以0.2:1的摩尔比混合时酸度以达到100%硫酸的10^9倍以上,随着SbF5的比例增加酸度还能增强。
魔酸,应当称魔术酸(magic acid)比较合适,用聚四氟乙烯制的容器盛放,一般讲超强酸是指比100%的硫酸氧化性性更强的酸。

固体魔酸

所谓固体魔酸即将魔酸附着于载体上。常见的载体有氧化铝、氧化硅、合金、石墨、离子交换树脂、聚合物等。固体魔酸与液体魔酸相比较有如下优点:
1.反应操作简单,催化剂容易分离回收。
2.对反应器不易腐蚀。
3.对环境污染较小,处理成本较低。
4.反应选择性较高。但固体魔酸的强度远远低于液体魔酸。
各国科学家正致力研究酸性更强的固体魔酸,使其在工业上发挥更大的作用。

应用价值

超强酸在化学和化学工业上,极有应用价值,它既是无机及有机的质子化试剂,又是活性极高的催化剂。而由于超强酸的酸性和腐蚀性强得出奇,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。
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。

比较

以下的资料是以哈米特酸度函数作为依据(哈米特酸度函数 (H0) 是一种用于衡量高浓度酸酸性的指标,包括超强酸。它是由物理有机化学家路易斯·普拉克·哈米特(Louis Plack Hammett)建议使用的 ,这也是最著名的酸度函数 ,它对于超出pH值范围的情况是很有用的。H0每减小一个单位,即表示酸性增强10倍。),哈米特酸度函数以大负数H0值表示:
氟锑酸(1:1)(1990)(H0=−28)
魔酸( 五氟化锑合氟磺酸(1:1),简称 氟锑磺酸)(1974)H0=-25)
碳硼烷酸(1969)(H0=−18.0)
氟磺酸(1944)(H0=−15.1)
三氟甲磺酸(1940)(H0=−14.6)
高氯酸(H0= -13.0)
硫酸(H0=-11.93)
氯化氢(H0= −8.0)

超强酸

魔酸( 五氟化锑合氟代磺酸,简称 氟锑磺酸)的酸性是公认的最强的,值得注意的是魔酸是混合物,由HSO3F与SbF5的混合配置而成的,另外含氧酸的确切定义是由O、H与一中心原子组成的可自主电离出质子的物质,其酸性最强的配置比为HSO₃F:SbF5=2:98(摩尔比)这才是真正人们所说的魔酸。如果你学了配位化学就会明白魔酸酸性强的原因了。
其酸性强的机理:首先HSO₃F(氟磺酸,或单氟硫酸)的酸性本身比HClO₄强,不过在水溶液中由于拉平效应它们的水溶液酸性强度是一样的(就像浓度一样的硝酸溶液和盐酸溶液酸性一样,我们一般认为HNO3与HCl的酸性是不可区分的,但事实上不是),在HSO3F电离出H+后由于O、F强拉电子作用(诱导效应)使负电荷电荷较均匀的分布于整个离子,减弱了质子对阴离子团的库仑力使质子能更好的电离出去。
然后是SbF5的作用,(SO3F)-中由于存在S→O的配位键使O上带较明显的负电SbF5中由于F对Sb的诱导效应,使Sb带较强的正电性且Sb上存在一个5p空轨道(为强Lewis酸)正好可以与(SO3F)-中的O上的孤电子对形成较强的配位键就是说存在S→O→Sb,这样负电荷就扩散到了更大区域,并且受到了SbF5基团对负电荷的很好屏蔽,最多(SO3F)-可以与3个SbF5配合,不过配合度越低越稳定,因为SbF5基团太大互相抵触,(SO3F)-不能更好与太多的SbF5很好配合,因而可以解释魔酸中SbF5的量相当大,这样H+对该配合物基本不存在库仑力了所以H+变得相当自由甚至可以“趴在”电子云密度相对较大的C-H键上形成二电子三中心键很不稳定易分解生成碳正离子与H2。
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- 来自原声例句
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