Фторантимоновая кислота - Fluoroantimonic acid
|
|
|
|
|
|
| Идентификаторы | |
|---|---|
|
3D модель ( JSmol )
|
|
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard |
100.037.279 
|
| Номер ЕС | |
|
PubChem CID
|
|
|
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Характеристики | |
| Появление | Бесцветная жидкость |
| Плотность | 2,885 г / см 3 |
| Растворимость | SO 2 ClF , SO 2 |
| Опасности | |
| Основные опасности | Чрезвычайно коррозионный, Сильный гидролиз |
| Пиктограммы GHS |
   
|
| Сигнальное слово GHS | Опасность |
| H300 , H310 , H314 , H330 , H411 | |
| Р260 , Р264 , Р273 , Р280 , Р284 , Р301 + 310 | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| Родственные соединения | |
|
Родственные кислоты
|
Пентафторид сурьмы Фтористый водород Магическая кислота |
|
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). |
|
 проверить ( что есть ?)
  |
|
| Ссылки на инфобоксы | |
Фторантимоновая кислота представляет собой смесь фтороводорода и пентафторида сурьмы , содержащую различные катионы и анионы (простейший из них - H
2F+
и Sb F-
6). Это вещество представляет собой суперкислоту, которая может быть более чем в миллиард раз сильнее, чем 100% чистая серная кислота , в зависимости от пропорции ее ингредиентов. Было показано, что он протонирует даже углеводороды с образованием пентакоординированных карбокатионов ( ионы карбония ). При обращении с фторантимоновой кислотой необходимо соблюдать особую осторожность. Он чрезвычайно агрессивен, но может храниться в контейнерах, покрытых тефлоном ( PTFE ).
Химический состав
Реакция получения фторантимоновой кислоты приводит к образованию иона фторония как основного вещества в равновесии:
- SbF 5 + 2 HF ⇌ SbF-
6+ H 2 F +
Однако вид «фторантимоновой кислоты» сложен и состоит из смеси протонов, сольватированных HF, [ (HF)
пЧАС]+
(например, H
3F+
2) и SbF 5 -аддукты фторида (такие как Sb
4F-
21). Таким образом, формула « [H
2F]+
SbF-
6"- удобное, но слишком упрощенное приближение к истинному составу. Тем не менее, крайняя кислотность этой смеси очевидна из исключительно плохой протоноакцепторной способности частиц, присутствующих в растворе. Фтористый водород, слабая кислота в водном растворе, который обычно не является Предполагается, что вообще имеет сколько-нибудь заметную основность Бренстеда, на самом деле это самое сильное основание Бренстеда в смеси, протонирующее до H 2 F + так же, как вода протонирует до H 3 O + в водной кислоте. Говорят, что он содержит « голые протоны », хотя «свободные» протоны на самом деле всегда связаны с молекулами фтористого водорода . Именно ион фторония определяет крайнюю кислотность фторантимоновой кислоты. Протоны легко мигрируют через раствор, перемещаясь из H 2 F + в HF, если присутствует, с помощью механизма Grotthuss .
Два родственных продукта были кристаллизованы из смесей HF-SbF 5 , и оба были проанализированы с помощью рентгеновской кристаллографии монокристаллов . Эти соли имеют формулы [H
2F+
] [Sb
2F-
11] и [H
3F+
2] [Sb
2F-
11] . В обеих солях анион Sb
2F-
11. Как уже упоминалось выше, SbF-
6слабоосновной; больший анион Sb
2F-
11 ожидается еще слабее.
Кислотность
Фторантимоновая кислота является самой сильной суперкислотой на основании измеренного значения ее функции кислотности Гаммета ( H 0 ), которая была определена для различных соотношений HF: SbF 5 . В то время как H 0 чистого HF составляет -15, добавление всего 1 мол.% SbF 5 снижает его примерно до -20. Однако дальнейшее добавление SbF 5 приводит к быстрому уменьшению отдачи, при этом H 0 достигает -21 при 10 мол.%. Использование чрезвычайно слабого основания в качестве индикатора показывает, что наименьшее достижимое значение H 0 , даже при> 50 мол.% SbF 5 , находится где-то между -21 и -23. Следующие значения H 0 показывают, что фторантимоновая кислота намного сильнее, чем другие суперкислоты. На повышенную кислотность указывают меньшие (в данном случае более отрицательные) значения H 0 .
- Фторантимоновая кислота (-23 < H 0 <-21)
- Магическая кислота ( H 0 = -19,2)
- Карборановая кислота ( H 0 <−18)
- Фтористоводородная кислота ( H 0 = -15,1)
- Трифликовая кислота ( H 0 = -14,9)
Из вышеперечисленного только карборановые кислоты , H 0 которых не может быть непосредственно определено из-за их высоких температур плавления, могут быть более сильными кислотами, чем фторантимоновая кислота.
Источники часто путают значение H 0 фторантимоновой кислоты с ее p K a . Значение H 0 измеряет протонирующую способность основной жидкой кислоты, и это значение было непосредственно определено или оценено для различных составов смеси. С другой стороны, p K a измеряет равновесие диссоциации протонов дискретного химического вещества при растворении в конкретном растворителе. Поскольку фторантимоновая кислота не является одним химическим веществом, ее значение p K a точно не определено.
Газофазная кислотность (ГПД) отдельных видов , присутствующих в смеси, была рассчитана с использованием плотностью функциональных методов теории. (Фаза раствора p K a s этих частиц, в принципе, может быть оценена с учетом энергий сольватации, но, по-видимому, не упоминается в литературе по состоянию на 2019 год.) Например, ионная пара [H 2 F] + · SbF-
6был оценен как средний средний балл 254 ккал / моль. Для сравнения, обычно встречающаяся надкислотная трифликовая кислота , TfOH, по этому показателю является значительно более слабой кислотой с ГПД 299 ккал / моль. Однако некоторые карборановые суперкислоты имеют ГПД ниже, чем у [H 2 F] + · SbF.-
6. Например, H (CHB 11 Cl 11 ) имеет экспериментально определенный ГПД 241 ккал / моль.
Реакции
Фторантимоновая кислота термически разлагается при нагревании с образованием свободного газообразного фтористого водорода и жидкого пентафторида сурьмы. При температуре всего 40 ° C фторантимоновая кислота выделяет HF в газовую фазу. Жидкий пентафторид сурьмы может быть извлечен из фторированной сурьмы путем нагревания и выделения HF в газовую фазу.
Приложения
Эта чрезвычайно сильная кислота протонирует почти все органические соединения , часто вызывая дегидрирование или дегидратацию. В 1967 году Бикель и Хогевин показали, что 2HF · SbF 5 удаляет H 2 из изобутана и метан из неопентана с образованием ионов карбения :
- (CH 3 ) 3 CH + H + → (CH 3 ) 3 C + + H 2
- (CH 3 ) 4 C + H + → (CH 3 ) 3 C + + CH 4
Он также используется в производстве соединений золота тетраксенона .
Материалы, совместимые с фторантимоновой кислотой в качестве растворителя, включают SO 2 ClF и диоксид серы ; также использовались некоторые хлорфторуглероды . Контейнеры для HF / SbF 5 изготовлены из PTFE .
Безопасность
HF / SbF 5 - чрезвычайно едкое и токсичное вещество, чувствительное к влаге. Как и большинство сильных кислот, фторантимоновая кислота может бурно реагировать с водой из-за экзотермической гидратации . Нагревание фторантимоновой кислоты также опасно, так как она разлагается на токсичный газообразный фтор . Основной метод сдерживания заключается в хранении в контейнере из ПТФЭ, поскольку при контакте стекло растворяется. При обращении с этим коррозийным веществом или приближении к нему необходимо всегда носить защитное снаряжение, поскольку фтороантимоновая кислота может разъедать обнаженную плоть до костей, бурно вступая в реакцию с водой, присутствующей в клетках человека.