新颖奇特的超强酸
新颖奇特的超强酸
在化工生产和化学研究中，常用的强酸有盐酸、氢溴酸、硝酸、高氯酸和硫酸等。这些酸能溶解多种金属，却不能溶解黄金。如果把浓硝酸和浓盐酸按1∶3的摩尔比混合，所得的混合酸具有超过上述六种强酸的能力，竟能溶解金属之王——金，所以被称为王水。
随着科学技术的进步，王水的“王位”已经保不住了。最近发现的强酸的“酸性”比王水强几百倍，甚至上亿倍。人们把这些“酸性”特别强的酸叫做超强酸，也称“魔酸”。
说起超强酸的发现，还有一段故事呢！十多年前，一个圣诞节的前夕，在美国加利福尼亚大学的实验室里，奥莱教授和他的学生正在紧张地做着实验。一个学生好奇地把一段蜡烛伸进一种无机溶液里。奇迹发生了——性质稳定的蜡烛竟然被溶解了！蜡烛的主要成分是饱和烃，通常它是不会与强酸、强碱甚至氧化物作用的。但这个学生却在无意中用这种1∶1的SbF3·HSO3F的无机溶液溶解了它。奥莱教授对此非常惊愕，连连称奇。他把这种溶液称为“魔酸”，也就是后来所说的超强酸。
超强酸不但能溶解蜡烛，而且能使烷烃、烯烃等发生一系列化学变化，这是普通酸难以做到的。例如，正丁烷在超强酸的作用下，可以发生C—H键的断裂，生成氢气；发生C—C键的断裂，生成甲烷；还可以发生异构化反应生成异丁烷。
在奥莱教授和他的学生这一发现的启示下，迄今为止，科学家们已经找到多种液态和固态的超强酸。也就是说，超强酸不只一种，而是一类物质。例如，液态的有HF·SbF5、TaF5·HSO3F等。固态的有SbF6·SO2ZrO、SbF5·SiO2·Al2O3等，它们都有类似于SbF5·HSO3F的性质。
从成分上看，超强酸都是由两种或两种以上的化合物组成的，且都含有氟元素。它们的“酸性”极强。例如，超强酸HF·SbF5，当摩尔比HF∶SbF5为1∶0.3时的“酸性”强度，比浓硫酸的强度约大1亿倍；当摩尔比HF∶SbF5为1∶1时，其“酸性”强度估计可达浓硫酸的10亿亿倍。它真不愧是强酸世界的超级明星，名符其实的“酸中之王”。由于超强酸的“酸性”和腐蚀性强得出奇，因此过去一些极难实现或根本无法实现的化学反应，在超强酸的环境里也能异常顺利地完成。超强酸现已广泛地应用于化学工业，它既可作无机化合物和有机化合物的质子化试剂，又可作活性极高的酸性催化剂，还可作烷烃的异构化催化剂等。
当然，现在人们对超强酸的认识还很肤浅，对它的构成、性质以及用途尚待进一步研究。随着研究的深入，还将有众多具有十分新颖特性的超强酸问世，许多新的化学流程也将伴随诞生。到那时，化学工业将跨入一个崭新的时代。