Superàcid

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Àcid màgic, mescla de l'àcid fluorosulfúric i el pentafluorur d'antimoni

Un superàcid és un medi d'elevada acidesa, generalment superior a la de l'àcid sulfúric concentrat al 100 %,[1] que equival a medis amb una funció d'acidesa H0 ≤ -12.[2] Els superàcids no són necessàriament substàncies pures, ho poden ser però també poden ser mescles de diversos àcids. Exemples de superàcids són l'àcid perclòric, HClO4, l'àcid fluorosulfúric, HSO3F, el pentafluorur d'arseni, AsF5, o les mescles àcid clorhídric-triclorur d'alumini, HCl-AlCl3, i àcid fluorhídric-pentafluorur de fòsfor, HF-PF5.[2]

El concepte superàcid aparagué per primer cop el 1927 en un article de James Bryant Conant i Norris F. Hall que duu per títol A Study of Superacid Solutions.[3] En aquest estudi descriuen espècies protonades desconegudes fins en aquell moment, com l'àcid acètic protonat, CH3COOH2+, present en dissolucions no aquososes d'àcids forts (àcid sulfúric o àcid perclòric) en àcid acètic com a dissolvent. Però no fou fins a la dècada de 1960 en què s'apliaren aquells estudis inicials gràcies als treballs del químic nord-americà George Andrew Olah, que preparà l'àcid màgic, una mescla equimolecular d'àcid fluorosulfúric i pentafluorur d'antimoni, FSO3H-SbF5 i del canadenc Ronald James Gillespie.[2]

El grau d'acidesa dels superàcids actuals va des del valor H0 = -12, de la funció d'acidesa de Hammett, fins a valors al voltant de H0 = -24. S'utilitzen en síntesi orgànica, ja que permeten obtindre carbocations en bases extremadament febles, espècies molt difícilment protonables, com ara l'acetamida, l'àcid carbònic, l'àcid acètic, composts aromàtics i productes naturals. Per exemple els ions carboni (C6H5)C+, formats a partir de (C6H5)COH en àcid sulfúric al 100 %; o el carbocatió (CH3)3C+, obtingut a partir de (CH3)3COH dissolt en el superàcid ternari HSO3F-SbF5-SO3. També es poden protonar molècules apolars, com ara Cl2, Br2 o CO2, i àtoms com els de xenó, Xe, en el superàcid binari HF-SbF5.[4]

Formació del carbocatió ciclopropilcarbinil per acció d'un superàcid

Tipus[modifica | modifica el codi]

Hom pot classificar els superàcids en quatre tipus:

Superàcids primaris[modifica | modifica el codi]

Els superàcids primaris són substàncies pures, i es poden dividir en dos grups:

  1. Un primer grup està format per àcids de Brønsted com l'àcid perclòric o HClO4, els àcids halosulfúrics (HSO3Cl, HSO3F), els àcids perfluoroalcanosulfònics (CF3SO3H, CFSO3H), fluorur d'hidrogen i els carborans H(CB11HR5X6). Per exemple l'àcid tríflic, CF3SO3H té una funció d'acidesa, H0, de -14,9.
  2. En un segon grup s'inclouen els superàcids del tipus àcids de Lewis: pentafluorur de sofre o SF5, pentafluorur d'arseni o AsF5, pentafluorur de fòsfor o PF5, pentafluorur de tàntal o TaF5, pentafluorur de niobi o NbF5, trifluorur de bor o BF3, etc.

Superàcids secundaris[modifica | modifica el codi]

Àcid fluoroantimònic, mescla de fluorur d'hidrogen i pentafluorur d'antimoni en diverses proporcions

En la categoria de superàcids secundaris s'hi classifiquen mescles de dos superàcids primaris o de dos àcids que conjuntament donen una mescla d'alta acidesa. Se'n diferencien diversos grups:

  1. Mescles de dos àcids de Brønsted, com ara HF-HSO3F, HF-CF3SO3F i HB(HSO4)4.
  2. Mescles d'un àcid de Brønsted i un de Lewis, que es poden subdividir en:
    1. Mescles d'un àcid oxoàcid (H2SO4, HSO3F,...) amb un àcid de Lewis (SO3, SbF5, AsF5,...). És famós l'àcid màgic mescla de l'àcid fluorosulfúric, HSO3F, i el pentafluorur d'antimoni, SbF5, que té una funció d'acidesa mesurada, H0, entre -15 i -23; i se suposa que pot arribar a -29.
    2. Fluorur d'hidrogen amb un àcid de Lewis que contengui fluor (SbF5, PF5, TaF5,...). L'àcid fluoroantimònic, HF-SbF5, n'és un exemple; la seva funció d'acidesa, H0, té un dels valors mesurats més elevats, entre -16 i -24 en funció de les proporcions d'ambdós components i se suposa que pot arribar fins a -27.
    3. Àcids conjugats de Friedel-Crafts com HBr-AlBr3 o HCl-AlCl3.

Superàcids ternaris[modifica | modifica el codi]

Els superàcids ternaris són mescles de tres components (àcids de Brønsted, àcids de Lewis o superàcids primaris) com per exemple HSO3F-HF-SbF5, HSO3F-HF-CF3SO3H i HSO3F-SbF5-SO3.[2] Com a exemple hi ha el superàcid format per HSO3F + 7 % SbF5·SO3 que té una funció d'acidesa H0 = -19,35.[5]

Superàcids sòlids[modifica | modifica el codi]

Són compostos sòlids obtinguts per deposició o intercalació d'àcids forts en un substrat inert o àcid feble. Per exemple n'hi ha del tipus de les zeolites, resines d'àcids sulfònics amb àcids de Lewis, etc.[2]

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. McNaught, A.D.; Wilkinson, A. IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, the "Gold Book". 2ª (en anglès). Oxford: Blackwell Scientific Publications, 1997. DOI 10.1351/goldbook.S06135. ISBN 0-9678550-9-8 [Consulta: 17-abril-13]. 
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 Olah, G.A.; Surya Prakash, G.K.; Sommer, J.; Molnar, A. Superacid Chemistry. 2ª (en anglès). John Wiley & Sons, 2009. ISBN 9780470421543. 
  3. Hall NF, Conant JB. «A Study of Superacid Solutions». Journal of the American Chemical Society, 49, 12, 1927, pàg. 3062–70. DOI: 10.1021/ja01411a010.
  4. Moeller, T. Química inorgánica. 3ª. Reverte, 1981. ISBN 9788429173901. 
  5. Harris, D.C. Analisis quimico cuantitativo. Reverte, 2007. ISBN 9788429172249.