超強酸

?超強酸

超強酸又稱超酸。是一種酸性比100%硫酸還強的酸。簡單的超強酸包括三氟甲磺酸和氟磺酸，它們的酸性都是硫酸的上千倍。一般分類如下：布朗斯特超酸，路易斯超酸，共軛布朗斯特-路易斯超酸，固體超強酸。超酸作為一個良好的催化劑，使一些本來難以進行的反應能在較溫和的條件下進行，故在有機合成中得到 廣泛應用。

中文名

超強酸

英文名

superacid

別 稱

超酸

應 用

主要作催化劑；使非電解質成為電解質等

簡要概述

品名：超強酸

拼音：chaoqiangsuan

英文名稱：superacid

超強酸是一類酸性比100%硫酸還強的酸。

世界上已開發和研制了比硫酸、鹽酸、硝酸酸性強幾百萬倍，甚至幾十億倍的超強酸。這些超強酸，酸性極強。以HSO3F－SbF5為例，HF.SbF5超酸比100%硫酸強10^19倍，有嚴重腐蝕性和嚴重公害。

應用價值

物質的量為1：0.3的氫氟酸和五氟化銻混合時的酸性強度要比無水硫酸（100%）的強度約大1億倍。

而HF～SbF5的物質量比1：1（氟銻酸）時其酸性估計可達無水硫酸的10^19倍，是已知最強的超強酸。這些超強酸如魔酸，它是五氟化銻和氟磺酸按體積比l：l混合制成的混酸。其酸度只是無水硫酸的1000萬倍，在世界市場上已有商品出售，超強酸在化學和化學工業上，極有應用價值，它既是無機及有機的質子化試劑，又是活性極高的催化劑。過去很多在普通環境下極難實現或根本無法實現的化學反應在超強酸環境中。卻能異常順利地完成。

在很長的一段時間內，人們認為王水就是酸中之王，是最強的酸了，因為即使是黃金，遇到王水也會像“泥牛入海”一樣很快變的無影無蹤。

直到有一天奧萊教授和他的學生偶然發現了一種奇特的溶液，它能溶解不溶于王水的高級烷烴蠟燭，人們才知道其實王水并不是最強的酸，還有比它強的酸，這就是魔酸，又叫超強酸，氟銻磺酸。

成分分析

從成分上看，超強酸是由兩種或兩種以上的含氟化合物組成的溶液。它們的酸性強的令人難以置信，比如氫氟酸和五氟化銻按1：0.3（摩爾比）混合時，它的酸性是濃硫酸的1億倍。按1：1混合時，它的酸性是濃硫酸的10^9倍。所以王水在它們面前只能是“小巫見大巫”。

由于超強酸的酸性和腐蝕性強的出奇，所以過去一些極難或根本無法實現的化學反應，在超強酸的條件下便能順利進行。比如正丁烷，在超強酸的作用下，可以發生碳氫鍵的斷裂，生成氫氣，也可以發生碳碳鍵的斷裂，生成甲烷，還可以發生異構化生成異丁烷，這些都是普通酸做不到的。

超強酸可以使碳正離子活性降低，使其反應可受人工控制，對工業生產有重要作用。

可以預料，隨著這些具有超常酸性和腐蝕性超強酸的相繼問世，化學和化學工業將會迅速走進新時代。

主要類型

a.布朗斯特超酸，如HSO3Cl、HSO3F和HSO3CF3等，室溫下為液體，本身為酸性極強的溶劑。

b.路易斯超酸：SbF5、AsF5、TaF5和NbF5等，其中SbF5是已知最強的路易斯酸，可用于制備正碳離子和魔酸等共軛超酸。

c.共軛布朗斯特——路易斯超酸：包括一些由布朗斯特和路易斯酸組成的體系。如：H2SO4·SO3(H2S2O7）；H2SO4·B(OH)3；HSO3F·SbF5；HSO3F等。

d.固體超酸：硫酸處理的氧化物TiO2·H2SO4；ZrO2·H2SO4；路易斯酸處理的TiO2·SiO2等。

超酸用途

a.非電解質成為電解質，能使很弱的堿質子化（碳正離子）

b.超酸中，解離出多鹵素陽離子（I2）+、（I3）+、（Br2）+、（Cl2）+等

c.良好的催化劑

氟銻酸

（Fluoroantimonicacid]），是氟化氫（HF）與五氟化銻（SbF5）的混合物，可全稱為六氟合銻酸，現在已知最強的超強酸。其中，氟化氫提供質子（H+）和共軛堿氟離子（F-），氟離子通過強配位鍵與親氟的五氟化銻生成具有八面體穩定結構的六氟化銻陰離子（SbF6），而該離子是一種非常弱的親核試劑和非常弱的堿。于是H+(質子）就成為了“自由質子”，從而導致整合體系具有極強的酸性。氟銻酸的酸性通常是純硫酸的10^19倍（哈米特酸度函數=-28）。

魔酸

魔酸（Magicacid）是最早發現的超強酸，稱它有魔法是因為它能夠分解蠟燭中的蠟。魔酸是一種路易斯酸五氟化銻（SbF5）和一種質子酸氟磺酸（FSO3H）的混合物。魔酸是無色透明的粘稠液體，含雜質時為淡黃色、棕色甚至是黑綠色。有明顯的刺激性氣味，純凈的氟銻磺酸密度大致為3.61-3.82g/ml，無固定溶沸點（1:1哈米特酸度函數=-25）酸性為純硫酸的10萬億倍。

碳硼烷酸

碳硼烷酸（Carboranesuperacid）：2004年，河濱加州大學的ChristopherReed研究小組合成出了這種最強的純酸—碳硼烷酸（化學式：CHB11Cl11），碳硼烷的結構十分穩定且體積較大，一價負電荷被分散在碳硼烷陰離子的表面，因而與氫陽離子的作用很弱，從而具有令人吃驚的釋放氫離子的能力。酸性是氟硫酸的一千倍，純硫酸的一百萬倍，但由于碳硼烷的結構穩定，在釋出氫離子后難以再發生變化，因此腐蝕性極低，又被稱為最溫和的強酸。它能溶解不溶于王水的高級烷烴蠟燭。碳硼烷酸的應用十分廣泛，可以用來制造“酸化”的有機分子，研究這些在自然界中短暫存在的有機分子有助于科學家了解物質發生變化的深層次機理，而科學家希望用碳硼烷酸酸化惰性氣體氙，確定該氣體的惰性強度。（哈米特酸度函數=-18.0）

酸度對照

以下的資料是以哈米特酸度函數作為依據，酸度以大負數H0值表示（負數的絕對值越大，酸性越強，純硫酸的哈米特酸度函數為-11.93）：

氟銻酸【1:1】（1990）（H0值=-28）

魔酸【1:1】（1974）（H0值=-25）

碳硼烷酸（1969）（H0值=-18.0）

氟磺酸（1944）（-15.6）

三氟甲磺酸（1940）（-14.6）

固體超強酸SbF—SiO—AlO，SbF—TiO—SiO(Ho=-13.75~-14.52）

高氯酸（-13）

純硫酸（-11.93）