氟銻磺酸

氟銻磺酸

無色透明的粘稠強酸液體
氟銻磺酸[化學式:HSbF5(OSO2F)或SbF5·HSO3F,式量:316.82]又稱魔酸。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,純淨的氟銻磺酸密度大緻為3.61-3.82g/ml,無固定熔沸點。氟銻磺酸還是一種良好的溶劑和腐蝕劑,可以将包括金、鉑在内的極不活潑金屬氧化溶解。[1]電導率1.2×10-8S/m。當質子酸路易斯酸混合時,其酸的強度增大。
    中文名:氟銻磺酸 外文名: 别名:超強酸、超酸、魔酸、魔術酸 化學式: 分子量: CAS登錄号: EINECS登錄号: 熔點: 沸點: 水溶性: 密度: 外觀: 閃點: 應用: 安全性描述: 危險性符号: 危險性描述: UN危險貨物編号: CN危險貨物編号: 英文名:Magic Acid CAS号:23854-38-8

化學性質

氟銻磺酸是超強酸之一,可以看作五氟化銻和氟硫酸的混合物,SbF5與FSO3-離子結合成[SbF5(OSO2F)]-離子,使電離出的氫離子幾乎不受粒子引力控制。[SbF5(OSO2F)]-在溶液中完全電離,暴露在空氣中強烈吸水并有部分水解形成HSbO3、HF、H₂SO₄和其他強酸及一些絡合物。

故久置的魔酸中還有少量SbO3-、F-、SO42-、SbO+、SbO2+離子。SbF5(OSO2F)]-離子有和氟離子一樣的活性。當皮膚沾到氟銻磺酸時先會被脫水炭化,接着碳被離子化,[SbF5(OSO2F)]-離子及少量SbO3-、F-等離子進入血液,使鈣、鎂離子失活,導緻人體中毒。

氟銻磺酸酸性極強,以至于高氯酸在其中都會被質子化:

HClO₄+HSbF5(OSO₂F)===[SbF5(OSO2F)]-+[H2ClO4]+

在這種酸性環境下,一般情況下很多無法進行的有機化合反應可以順利進行。故氟銻磺酸常作為現代化工合成反應的催化劑。

超強酸能向鍊烷烴供給質子,使其質子化形成碳正離子。

R3CH+[H2SO3F]+<----> [R3CH2]++HSO3<---->H2+[R3C]++HSO3F

超強酸對鍊狀鹵素和硫陽離子的研究提供了一個優良的溶劑介質。

氟銻磺酸還是一種良好的溶劑和腐蝕劑,可以将包括金、鉑在内的極不活潑金屬氧化溶解。氟銻磺酸通常儲存在聚四氟乙烯的容器内。在室溫下氟銻磺酸和玻璃作用劇烈,并能溶解烴類有機物,可以将有機含氧化合物脫水炭化,但和含鉛塑料玻璃(一種狀似玻璃的透明有機含鉛有機材料,主要成分是全氟聚苯乙烯、聚四氟乙烯、和二氟化鉛,如圖所示)反應很慢,故一般用含鉛塑料玻璃制成的細口瓶盛裝。

氟銻磺酸酸使某些很難質子化的物質(如高氯酸)質子化,進一步制備含有-ClO3基團的有機物:

HClO4+H+====[H2ClO4]+

[H2ClO4]++H+====[ClO3]++[H3O]+

C6H6+[ClO3]+====[C6H6ClO3]+

[C6H6ClO3]+-H+====C6H5ClO3

氟銻磺酸酸使高級烷烴質子化,催化烷烴裂解:

(CH3)3CH+H→(CH33C+H2;

(CH3)4C+H→(CH3)3C+CH4

氟銻磺酸酸含有羟基的有機物(如醇、酚、羧酸等)質子化,進一步脫羟基化。

R-OH+2H=R+碳正離子+[H3O]+

強氧化劑:Sb(V)氟化物例如SbF5具有一定的氧化性,加上它超強的酸性,大大增加了氧化能力,能夠氧化腐蝕多種金屬。要注意的是,氟銻磺酸是無水體系,當氟銻磺酸與大量水混合時發生強烈反應,失去超酸性。

物理性質

氟銻磺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,純淨的氟銻磺酸密度大緻為3.61-3.82g/ml,無固定熔沸點。

發現過程

1966年聖誕節,美國Case Western Keserve大學,G.A.Olah教授實驗室一位研究人員J.Lukas無意中将聖誕節晚會上用過的蠟燭扔進一個酸性溶液(SbF5·HSO3F)中,結果發現蠟燭很快地溶解了,促使他進一步研究,此實驗溶液去做核磁共振研究(14C-NMR),令人驚奇的是核磁共振譜圖上竟出現了一個尖銳的特丁基陽離子(碳正離子)峰。這種酸能溶解飽和烴。從那時起,Olah實驗室人員就給SbF5·HSO3F起個綽号叫“魔酸”(Magic acid)。

現在人們習慣地将酸強度超過100%H2SO4的一個酸或酸性介質叫做超酸(或超強酸),把SbF5·HSO3F稱作魔酸。也就是後來所說的超強酸。超強酸不但能溶解蠟燭,而且能使烷烴、烯烴等發生一系列化學變化,這是普通酸難以做到的。例如,正丁烷在超強酸的作用下,可以發生C—H鍵的斷裂,生成氫氣;發生C—C鍵的斷裂,生成甲烷;還可以發生異構化反應生成異丁烷。

在奧萊教授和他的學生這一發現的啟示下,迄今為止,科學家們已經找到多種液态和固态的超強酸。液态的有HF·SbF5、TaF5·HSO3F等。固态的有SbF6·SO2ZrO、SbF5·SiO2·Al2O3等,它們都有類似于SbF5·HSO3F的性質。

應用價值

目前,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。

而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。

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

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