Хемија за сите

Суперкиселини

Киселини чија киселост е повисока од киселоста на 100% чиста сулфурна киселина

Сигурно го имате гледано култниот филм„Alien“ каде вонземското чудовиште наместо крв има киселина, која го разјадува секој метал, секој материјал и ткиво.Е па и во хемијата познаваме такви силни киселини, што нагалено ги викаме „суперкиселини“.

Јачината на киселината е одраз на нејзината способност или тенденција да оддава протон. Силната киселина е целосно јонизирана во вода; со други зборови, еден мол од силната киселина HA се раствора во вода за да даде еден мол H+ и еден мол од конјугираната база, A-. Спротивно на тоа, слабата киселина е подложна на делумна дисоцијација, а во растворот се формира рамнотежа на киселината и нејзината конјугирана база.

Примери за силни киселини се хлороводородна киселина (HCl), јодоводородна киселина (HI), бромоводородна киселина (HBr), перхлорна киселина (HClO4), азотна киселина (HNO3) и сулфурна киселина (H2SO4). Секој од нив е 100% јонизирана во вода. Колку е посилна киселината, толку полесно го губи својот протон, H+. Два клучни фактори кои придонесуваат за леснотијата на депротонација се поларитетот на врската H—A и големината на атомот А, што ја одредува јачината на врската H—A.

Посилните киселини имаат повисоки вредности на Ka и повеќе негативни pKa вредности од послабите киселини.Суперкиселините се толку моќни што дури и не се мерат со користење на редовните pH или pKа скали (pKa = - logKa).

Суперкиселините претставуваат киселини чија киселост е повисока од киселоста на 100% чиста сулфурна киселина, која има Хаметова функција на киселост(H0)во вредност од -12. Киселинската функција Ho (предложена од Hamett),  е дефинирана како разлика помеѓу pKa на вредностите на слабите (индикаторски) бази (на пр. ароматични нитро-соединенија) и негативниот логаритам (декаден) на односот на концентрацијата на протонираната и непротонирана форма на базата:

Ho= pK(BH+) – log [ВH+]/ [B]

суперкиселини

Хемичарите ја опишуваат јачината на суперкиселината користејќи ја Хаметовата функција на киселост (H0) или други специјални функции на киселост бидејќи рН скалата се применува само за разредени водени раствори.

Комерцијално достапните суперкиселини вклучуваат трифлуорометансулфонска киселина (CF3SO3H), исто така позната како трифлинска киселина и флуоросулфонска киселина (FSO3H), кои се околу илјада пати посилни од сулфурната киселина.Најсилните суперкиселини се подготвуваат со комбинирање на две компоненти, силна Луисова киселина и силна Бренштедовска киселина. Најсилната позната суперкиселина е флуороантимоновата киселина.

Историјат

Терминот „суперкиселина“ првпат го користел Џејмс Конант во 1927 година за да ги опише киселините кои биле посилни од обичните неоргански киселини. Џорџ  Олах ја подготвил таканаречената магична киселина(наречена така поради нејзината способност да ги напаѓа јаглеводородите) со мешање на антимон пентафлуорид (SbF5) и флуоросулфонска киселина. Името го добила откако свеќата била ставена во примерок од магична киселина. Свеќата се растворила, што ја покажала способноста на киселината да ги протонира јаглеводородите, кои не се протонираат од обичните киселини.

Се покажало дека на 140 °C FSO3H–SbF5 ќе го конвертира метанот во терцијарен бутил карбокатјон, и оваа реакција започнува со протонирање на метанот:

CH4 + H+ → CH5+

CH5+ → CH3+ + H2

CH3+ + 3CH4 → (CH3)3C+ + 3H2

Најсилни киселини

Најсилниот суперкиселински систем е флуороантимонската (или флуороантимонова) киселина, која се добива со комбинирање на флуороводородна киселина и SbF5.

superkiselinisuperkiselini molekul

Во овој систем, HF го ослободува својот протон (H+) со врзување на F јонот за антимон пентафлуоридот. Добиениот анјон (SbF6-) е и слаб нуклеофил и слаба база. Комбинацијата 1:1 ја формира најсилната позната суперкиселина, која исто така може да протонира јаглеводороди, давајќи карбокатјони и H2.

Реакцијата помеѓу HF и SbF5 е  силно егзотермна. HF го ослободува својот протон H+, а неговата конјугирана база (F-) е  земена од  SbF5 при што се добива  октаедарски SbF6-. Овој анјон е класифициран како некоординирачки, бидејќи е многу слаб нуклеофил и многу слаба база. Протонот ефективно станува „гол“ што придонесува за висока киселост. Флуороантимонската киселина е 2×1019 посилна од 100% сулфурна киселина.Таа е над милијарда пати посилна од чистата сулфурна киселина. Со други зборови, флуороантимонската киселина донира протони околу милијарда пати подобро од сулфурната киселина.

Според друга теорија суперкиселините немаат „голи“ или „неврзани“ протони, туку киселината донира протони на супстанци кои вообичаено не ги прифаќаат, но првично протоните се врзани за молекулите во киселината и не лебдат слободно. Сепак, овие протони брзо се движат помеѓу еден протонски акцептор и следниот. Она што се случува е дека суперкиселината е исклучително лош акцептор на протон. Значи, полесно е протонот да се закачи за другата супстанца отколку да се врати во киселината.

Најчеста примена на суперкиселината е да се обезбеди средина за производство и одржување на органски катјони кои се корисни како интермедиери во различни органски реакции, како што се производство на пластика или бензин со висок октански број.Киселината го протонира дури и стаклото, повеќето пластика и човечкото ткиво.

HF-SbF5 се распаѓа со вода брзо и експлозивно. Реагира со речиси сите растворувачи. Растворувач компатибилен со HF-SbF5 е SO2ClF и течен сулфур диоксид. Контејнерите за HF-SbF5 се направени од политетрафлуороетилен.

Магичната киселина (FSO3H·SbF5) е суперкиселина која  е всушност смеса од  флуоросулфурна киселина (HSO3F) и антимон пентафлуорид (SbF5) во 1:1 моларен сооднос.

Карборански киселини

Карборански киселини

super acids

 

Флуороантимонската киселина произлегува од мешавина на киселини, но карборанските киселини [на пример, H(CHB11Cl11)] се соло киселини.

H0 на карборанските киселини е најмалку -18, но природата на киселинската молекула го отежнува пресметувањето на нејзината јачина. Карборанските киселини може да бидат дури и посилни од флуороантимонската киселина. Тие се единствените киселини кои можат да протонираат C60 и јаглерод диоксид.Нивните високи киселости произлегуваат од екстензивната делокализација на нивните конјугирани бази, карборантните анјони (CXB11Y5Z6-), кои обично дополнително се стабилизираат со електронегативни групи како Cl, F и CF3. Поради недостатокот на оксидирачки својства и исклучително ниската нуклеофилност и високата стабилност на нивните конјугирани бази, тие се единствените суперкиселини за кои е познато дека го протонираат C60 фулеренот без да го разградат.

Флуорираната карборанска киселина, H(CHB11F11), е дури и посилна од хлорираната карборанска киселина.

супер киселина

Таа е способна да го протонира бутанот за да формира терц-бутил катјон на собна температура и е единствената позната киселина која протонира јаглерод диоксид за да го даде премостениот катјон, [H(CO2)2]+, што ја прави веројатно најсилната позната киселина. Конкретно, CO2 не подлежи на забележлива протонација кога се третира со мешаните суперкиселини HF-SbF5 или HSO3F-SbF.

И покрај нивната сила, карборанските киселини не се корозивни. Тие не ја согоруваат кожата и може да се чуваат во обични контејнери.Чудно, но анјонот што се формира како резултат на пренос на протон е речиси целосно инертен. Ова својство е она што ги прави карборанските киселини единствени супстанци кои се споредливи по киселост со мешаните суперкиселини кои исто така можат да се складираат во стаклено шише, бидејќи различни видови кои донираат флуор (кои го напаѓаат стаклото) не се присутни или генерирани.

алиен флипер

Автор на статијата: Блаже Димески
13 јануари 2023
Роберт Бунзен не е заслужен само за пламеникот...

Овој генијален научник е многу, многу повеќе од иноватор на таа практична алатка

Сите бои на крвта

Црвената не е единствената боја на крвта

Казимир Функ, таткото и кумот на витамините

Со своите истражувања и епохални откритија, Функ придонесе за невиден развој на медицината

>> Прочитај повеќе слични содржини!   

донирај

Генерален спонзор

генерален спонзор

Пријатели на науката

спонзор
спонзор
спонзор

Презентации и поимници

Презентации за основно образование

e hemija

Презентации за средно образование

hemija .ppt

Контактни информации:

e-hemija logo

Здружение за унапредување и развој на образованието и науката
„Е-ХЕМИЈА“ – Прилеп

Испрати порака:
e-hemija контакт

Е-Хемија на Facebook:
e-hemija facebook

Е-Хемија на Twitter:
e-hemija facebook

Пријатели на науката:

Здружение за унапредување и развој на образованието и науката „Е-ХЕМИЈА“ – Прилеп
Copyright © 2024 ehemija.mk

WebDesign www.nainternet.mk

e-hemija