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比硫酸強的上千倍的酸-世界上的超強酸
超強酸
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超強酸(英文:Superacid)是指比純硫酸酸性更強的酸。
簡單的超強酸包括三氟甲磺酸(CF3SO3H)和氟硫酸(FSO3H),它們的酸性都是硫酸的上千倍。在更多的情況下,超強酸不是單一純淨物而是幾種化合物的混合物。
超強酸這一術語由詹姆斯·布萊恩特·科南特(en:James Bryant Conant)於1927年提出,用於表示比通常的無機酸更強的酸。喬治·安德魯·歐拉因其在碳正離子和超強酸方面的研究獲得1994年諾貝爾化學獎。
魔酸(Magic acid)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)和一種質子酸氟硫酸(FSO3H)的混合物。目前已知最強的超強酸是氟銻酸(en:Fluoroantimonic acid),一種氫氟酸(HF)與五氟化銻(SbF5)的混合物。其中,氫氟酸提供質子(H+)和共軛鹼氟離子(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鹼。於是質子就成為了「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2×1019倍。
2004年,加州大学河滨分校的Christopher Reed研究小组合成出了一种号称史上最强的纯酸—碳硼烷酸。由于碳硼烷酸中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,碳硼烷酸从而具有令人吃惊的释放氢离子的能力。据他们报道碳硼烷酸的酸性是氟硫酸的一千倍,纯硫酸的一百万倍,水的100万亿倍;而释放氢离子后,碳硼烷的结构(由11个硼原子和一个碳原子排列而成的20面体)不会轻易发生变化,难以进一步发生化学反应,因此腐蚀性很低。这种新的既超强又温柔的固体碳硼烷酸可以质子化很多物质,如C60。而Reed企图用它酸化惰性气体(应该叫稀有气体),来看看这些气体倒底有多懒惰。碳硼烷酸在催化和制药领域也有很广阔的应用前景。不过,美中不足的是,碳硼烷酸的产率很低,还只局限于世界上少数几个实验室的研究。
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