氟銻酸結(jié)構(gòu)

用X射線晶體學(xué)研究兩份HF-SbF5反應(yīng)形成的結(jié)晶,發(fā)現(xiàn)化學(xué)式分別為[H2F][Sb2F11]和[H3F2][Sb2F11],都含有Sb2F11作陰離子.據(jù)估計(jì),Sb2F11離子的堿性比SbF6還要弱,因此更加穩(wěn)定.

氟銻酸或稱六氟銻酸、六氟合銻酸,是氫氟酸和電子酸五氟化銻反應(yīng)后的產(chǎn)物.以一比一的比例混合時(shí)成為現(xiàn)在已知最強(qiáng)的超強(qiáng)酸,實(shí)驗(yàn)證明能分解碳?xì)浠衔?產(chǎn)生碳正離子以及氫氣.

氫氟酸(HF)和五氟化銻(SbF5)反應(yīng)強(qiáng)烈放熱.HF會(huì)釋放質(zhì)子H+,然后氟離子F-會(huì)與SbF5形成八面體型的SbF6-陰離子.SbF6-是非配位陰離子,親核性和堿性都很弱.于是質(zhì)子實(shí)際上是"裸露"在溶液中,使得混合物體系呈現(xiàn)極強(qiáng)的酸性,比純硫酸要強(qiáng)2×10^19倍.該酸可用特氟龍(聚四氟乙烯)材料裝盛.

以下的資料是以哈米特酸度函數(shù)作為依據(jù)，酸度以大負(fù)數(shù)H0值表示:

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)(H0值=-15.6)

三氟甲磺酸(1940)(H0值=-14.6)

高氯酸(H0值=-13)

純硫酸(H0值=-11.93)

氟銻酸使其幾乎可以質(zhì)子化所有的有機(jī)化合物.它與異丁烷和新戊烷反應(yīng)會(huì)生成相應(yīng)的碳正離子:

(CH3)3CH + H → (CH)3C3 + H2;

(CH3)4C + H → (CH3)3C + CH4

1、使某些很難質(zhì)子化的物質(zhì)(如高氯酸)質(zhì)子化，進(jìn)一步制備含有-ClO3基團(tuán)的有機(jī)物:

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

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

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

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

2、使高級(jí)烷烴質(zhì)子化，催化烷烴裂解:

(CH3)3CH + H → (CH3)3C + H2;

(CH3)4C + H → (CH3)3C + CH4

3、含有羥基的有機(jī)物(如醇、酚、羧酸等)質(zhì)子化，進(jìn)一步脫羥基化。

R-OH + 2H = R+(碳正離子) + [H3O]+

4、強(qiáng)氧化劑:Sb(Ⅵ)氟化物例如SbF6具有很強(qiáng)的氧化性，能夠氧化多種金屬及還原劑

要注意的是，氟銻酸是無水體系，當(dāng)氟銻酸與大量水混合時(shí)發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，氫離子(質(zhì)子)被中和生成水合氫離子，不再具有超酸性。

反應(yīng)方程式:H++H2O=H3O+

氟銻酸會(huì)與水起強(qiáng)烈甚至爆炸性的反應(yīng)，氟氯烴。盛HF-SbF5的容器可用特氟龍(即聚四氟乙烯)制造。

性狀:

1、沸點(diǎn):無(注意，混合物無固定沸點(diǎn))

2、熔點(diǎn):無(注意，混合物無固定熔點(diǎn))

3、氟銻酸和發(fā)煙氟銻酸中均不含水，SbF5為溶劑，HSbF6及HF是溶質(zhì)。故氟銻酸和發(fā)煙氟銻酸均為無色油狀液體。

4、氧化性:因?yàn)槠渲泻形鍍r(jià)銻，所以氧化性極強(qiáng)。

以下的資料是以哈米特酸度函數(shù)作為依據(jù)，酸度以大負(fù)數(shù)H0值表示(負(fù)數(shù)的絕對值越大，酸性越強(qiáng)，純硫酸的哈米特酸度函數(shù)為-11.93):

氟銻酸【1:1】(1990)(pKa值= -28)

魔酸【1:1】(1974)(pKa值= -25)

碳硼烷酸(1969)(pKa值= -18.0)

氟磺酸(1944)(pKa值=-15.6)

三氟甲磺酸(1940)(pKa值=-14.6)

固體超強(qiáng)酸SbF5-SiO2-Al2O3，SbF5-TiO2-SiO2(pKa值= = -13.75 ~ -14.52)

高氯酸(pKa值=-13)

純硫酸(pKa值=-11.93)

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

而HF~SbF5的物質(zhì)的量比1:1(氟銻酸)時(shí)其酸性估計(jì)可達(dá)無水硫酸的10^19倍，是已知最強(qiáng)的超強(qiáng)酸。這些超強(qiáng)酸如魔酸，它是五氟化銻和氟磺酸按體積比1:1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(qiáng)酸在化學(xué)和化學(xué)工業(yè)上，有很大應(yīng)用價(jià)值，它既是無機(jī)及有機(jī)的質(zhì)子化試劑，又是活性極高的催化劑。過去很多在普通環(huán)境下極難實(shí)現(xiàn)或根本無法實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)在超強(qiáng)酸環(huán)境中。卻能異常順利地完成。

這里需要指出的是，人們常說的"王水"，其實(shí)質(zhì)是一種混合腐蝕劑，而不是酸，它的腐蝕作用的原理是高濃度的原子態(tài)氯，配合高濃度的氯離子，這使得常態(tài)下很穩(wěn)定的貴金屬在其中能夠順利參與反應(yīng)，從而被腐蝕。故而王水的溶解能力和真正意義的酸性是兩碼事。在中學(xué)課本中，金屬的活潑性被劃分為"氫前金屬"和"氫后金屬"，這是針對金屬和非氧化性強(qiáng)酸水溶液反應(yīng)的活性而言。但是現(xiàn)實(shí)情況要更復(fù)雜些，一些很強(qiáng)的非氧化性強(qiáng)酸能跟銀這樣的貴金屬發(fā)生反應(yīng)，例如濃鹽酸和濃氫碘酸，這不僅僅因?yàn)槠渌芤河泻芨邼舛鹊乃蠚潆x子，而且和其陰離子的絡(luò)合能力有關(guān)--但這些"特例"仍然在常規(guī)意義的"酸"的范疇。

直到有一天奧萊教授和他的學(xué)生偶然發(fā)現(xiàn)了一種奇特的溶液，它居然能溶解不溶于王水的高級(jí)烷烴蠟燭，人們才知道通常人們所知道的幾大強(qiáng)酸都還不算什么，還有比它們強(qiáng)得多的酸，人們稱之為"超強(qiáng)酸"，其中包含魔酸，也就是氟銻磺酸。