- 阿里阿涅德
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氟 补充: 氟锑磺酸 目录 简介 物理性质 化学性质 发现过程 关于魔酸 和其他酸的比较 应用 魔酸为何是 超强酸 魔酸(图为含铅塑料玻璃试剂瓶) 编辑本段简介 分子式 :HSbF5(OSO2F)或SbF5·HSO3F 别名:魔酸、五氟化锑合氟代 磺酸 英文:Magic acid 性质:见下 编辑本段物理性质 氟锑磺酸是无色透明的 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 。 编辑本段化学性质 氟锑磺酸是超强酸之一,可以看作五氟化锑和氟硫酸的混合物, 氟锑磺酸 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HSbO3、HF、H2SO4和其他 强酸 及一些 络合物 。故久置的魔酸中还有少量SbO3-、F-、SO4 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: HClO4 + HSbF5(OSO2F) ==== [SbF5(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的 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和 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 、聚四氟乙烯、和二氟化铅,如图所示)反应很慢,故一般用含铅塑料玻璃制成的 细口瓶 盛装。 编辑本段发现过程 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,促使他进一步研究,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特丁基阳离子(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)。现在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。 编辑本段关于魔酸 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,它的酸性是浓 硫酸 的1亿倍;按1 :1混合时,它的酸性是浓硫酸的10亿倍。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。 发现历史 说起超强酸的发现,还有一段故事呢!十多年前,一个圣诞节的前夕,在美国 加利福尼亚大学 的实验室里,奥莱教授和他的学生正在紧 张地 做着实验。一个学生好奇地把一段蜡烛伸进一种无机溶液里。奇迹发生了——性质稳定的蜡烛竟然被溶解了!蜡烛的主要成分是饱和烃,通常它是不会与强酸、 强碱 甚至氧化物作用的。但这个学生却在无意中用这种1∶1的SbF3·HSO3F的无机溶液溶解了它。奥莱教授对此非常惊愕,连连称奇。他把这种溶液称为“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。 应用价值 目前,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。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。而由 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。 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 。 编辑本段和其他酸的比较 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: 魔酸(五氟化锑合氟代磺酸,简称氟锑磺酸)(1974)H0值=?19.2) 氟锑酸 (1990)(H0值=?31.3) 碳硼烷酸(1969)(H0值=?18.0) 八氟合铂酸(1957)(H0值-17.8) 氟磺酸(1944)(H0值=?15.1) 三氟 甲磺酸 (1940)(H0值=?14.9) 纯硫酸(-12.0) 编辑本段应用 1、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 2、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 3、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]+ 4、 强氧化剂 :Sb(VI) 氟化物 例如SbF6具有很强的氧化性,能够氧化多种金属及 还原剂 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,故一些常见的强质子碱,如NaOH、KOH与氟锑磺酸反应时不生成相应的盐和水,而是生成[Sb(OH)6]-、F-、SO42-及SO3F-。 编辑本段魔酸为何是超强酸 魔酸(五氟化锑合氟代磺酸,简称氟锑磺酸)的酸性是目前公认的次强的,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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不能腐蚀聚四氟乙烯,可以用特氟龙(聚四氟乙烯)瓶子装
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它的成分是按照1:1混合的五氟化锑和氟磺酸化学式写做SbF5.HSO3F。
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有咱们的手,魔酸溶化不了,硫酸可以
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不和酸反应的都可以 烧杯就能装
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尼龙瓶子,乙烯类瓶子都行。