Fluorantimonsäure - Fluoroantimonic acid
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3D-Modell ( JSmol )
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| ChemSpider | |
| ECHA-Infokarte |
100.037.279 
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| EG-Nummer | |
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PubChem- CID
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CompTox-Dashboard ( EPA )
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| Eigenschaften | |
| Das Auftreten | Farblose Flüssigkeit |
| Dichte | 2,885 g / cm 3 |
| Löslichkeit | SO 2 ClF , SO 2 |
| Gefahren | |
| Hauptgefahren | Extrem korrosiv, heftige Hydrolyse |
| GHS-Piktogramme |
   
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| GHS-Signalwort | Achtung |
| H300 , H310 , H314 , H330 , H411 | |
| P260 , P264 , P273 , P280 , P284 , P301+310 | |
| NFPA 704 (Feuerdiamant) | |
| Verwandte Verbindungen | |
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Verwandte Säuren
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Antimonpentafluorid Fluorwasserstoff Magische Säure |
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Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
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 überprüfen ( was ist ?)
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| Infobox-Referenzen | |
Fluorantimonsäure ist eine Mischung aus Fluorwasserstoff und Antimonpentafluorid , die verschiedene Kationen und Anionen enthält (das einfachste ist H
2F+
und Sb F−
6). Diese Substanz ist eine Supersäure , die je nach Anteil ihrer Inhaltsstoffe über eine Milliarde Mal stärker sein kann als 100 % reine Schwefelsäure . Es wurde gezeigt, dass es sogar Kohlenwasserstoffe protoniert , um fünffach koordinierte Carbokationen ( Carboniumionen ) zu liefern . Beim Umgang mit Fluorantimonsäure ist äußerste Vorsicht geboten. Es ist außerordentlich korrosiv, kann aber in mit PTFE (Teflon) ausgekleideten Behältern gelagert werden .
Chemische Zusammensetzung
Die Reaktion zur Herstellung von Fluorantimonsäure führt zur Bildung des Fluoroniumions als Hauptspezies im Gleichgewicht:
- SbF 5 + 2 HF ⇌ SbF−
6+ H 2 F +
Die Speziation von "Fluorantimonsäure" ist jedoch komplex und besteht aus einer Mischung von HF-solvatisierten Protonen, [ (HF)
nH]+
(wie H
3F+
2) und SbF 5 -Addukte von Fluorid (wie Sb
4F−
21). Somit ist die Formel " [H
2F]+
SbF−
6" ist eine bequeme, aber stark vereinfachte Annäherung an die wahre Zusammensetzung. Dennoch zeigt sich die extreme Acidität dieser Mischung aus der außergewöhnlich schlechten Protonenaufnahmefähigkeit der in Lösung vorhandenen Spezies. Fluorwasserstoff, eine schwache Säure in wässriger Lösung, die normalerweise nicht von denen angenommen wird, dass sie überhaupt eine nennenswerte Brønsted-Basizität aufweisen, ist tatsächlich die stärkste Brønsted-Base in der Mischung und protoniert zu H 2 F + auf die gleiche Weise, wie Wasser in wässriger Säure zu H 3 O + protoniert soll " nackte Protonen " enthalten, obwohl die "freien" Protonen tatsächlich immer an Fluorwasserstoffmoleküle gebunden sind. Es ist das Fluoroniumion, das für die extreme Acidität der Fluorantimonsäure verantwortlich ist. Die Protonen wandern leicht durch die Lösung und bewegen sich von H 2 F + zu HF, falls vorhanden, durch den Grotthuss-Mechanismus .
Zwei verwandte Produkte wurden von HF-SbF kristallisiert 5 Mischungen, und beide wurden durch Einkristall - Röntgen analysiert Kristallographie . Diese Salze haben die Formeln [H
2F+
][Sb
2F−
11] und [H
3F+
2][Sb
2F−
11] . In beiden Salzen ist das Anion Sb
2F−
11. Wie oben erwähnt, SbF−
6ist schwach basisch; das größere Anion Sb
2F−
11 wird voraussichtlich noch schwächer ausfallen.
Säure
Fluorantimonsäure ist die stärkste Supersäure, basierend auf dem gemessenen Wert ihrer Hammett-Aciditätsfunktion ( H 0 ), der für verschiedene Verhältnisse von HF:SbF 5 bestimmt wurde . Während das H 0 von reinem HF −15 beträgt, sinkt es durch Zugabe von nur 1 Mol-% SbF 5 auf etwa −20. Eine weitere Zugabe von SbF 5 führt jedoch zu schnell abnehmenden Erträgen, wobei das H 0 -21 bei 10 Mol-% erreicht. Die Verwendung einer extrem schwachen Base als Indikator zeigt, dass das niedrigste erreichbare H 0 selbst mit > 50 Mol-% SbF 5 irgendwo zwischen −21 und −23 liegt. Die folgenden H 0 -Werte zeigen, dass Fluorantimonsäure viel stärker ist als andere Supersäuren. Erhöhte Acidität wird durch kleinere (in diesem Fall negativere) Werte von H 0 angezeigt .
- Fluorantimonsäure (−23 < H 0 < −21)
- Magische Säure ( H 0 = -19,2)
- Carboransäure ( H 0 < −18)
- Fluorschwefelsäure ( H 0 = −15,1)
- Trifluormethan ( H 0 = -14,9)
Von den oben genannten können nur die Carboransäuren , deren H 0 aufgrund ihrer hohen Schmelzpunkte nicht direkt bestimmt werden konnte, stärkere Säuren als Fluorantimonsäure sein.
Quellen verwechseln oft den H 0 -Wert von Fluorantimonsäure mit ihrem p K a . Der H 0 -Wert misst die Protonierungsfähigkeit der flüssigen Masse, und dieser Wert wurde für verschiedene Zusammensetzungen der Mischung direkt bestimmt oder geschätzt. Der p K a misst andererseits das Gleichgewicht der Protonendissoziation einer diskreten chemischen Spezies, wenn sie in einem bestimmten Lösungsmittel gelöst wird. Da Fluorantimonsäure keine einzelne chemische Spezies ist, ist ihr p K a -Wert nicht genau definiert.
Die Gasphasen-Acidität (GPA) einzelner in der Mischung vorhandener Spezies wurde mit Methoden der Dichtefunktionaltheorie berechnet. (Die Lösungsphase p K a s dieser Spezies kann im Prinzip unter Berücksichtigung der Solvatationsenergien abgeschätzt werden, scheint aber ab 2019 in der Literatur nicht bekannt zu sein.) Zum Beispiel das Ionenpaar [H 2 F] + · SbF–
6wurde auf einen GPA von 254 kcal/mol geschätzt. Zum Vergleich ist die häufig anzutreffende supersaure Trifluormethansäure , TfOH, eine wesentlich schwächere Säure durch diese Maßnahme mit einem GPA von 299 kcal/mol. Bestimmte Carboran-Supersäuren haben jedoch niedrigere GPAs als [H 2 F] + · SbF–
6. H(CHB 11 Cl 11 ) hat beispielsweise einen experimentell bestimmten GPA von 241 kcal/mol.
Reaktionen
Fluorantimonsäure zersetzt sich beim Erhitzen thermisch und erzeugt freies Fluorwasserstoffgas und flüssiges Antimonpentafluorid. Bei Temperaturen von nur 40 °C setzt Fluorantimonsäure HF in die Gasphase frei. Flüssiges Antimonpentafluorid kann aus Fluorantimonsäure durch Erhitzen und Freisetzen von HF in die Gasphase gewonnen werden.
Anwendungen
Diese außergewöhnlich starke Säure protoniert fast alle organischen Verbindungen , was oft zu Dehydrierung oder Dehydratisierung führt. 1967 zeigten Bickel und Hogeveen, dass 2HF·SbF 5 H 2 aus Isobutan und Methan aus Neopentan unter Bildung von Carbeniumionen entfernt :
- (CH 3 ) 3 CH + H + → (CH 3 ) 3 C + + H 2
- (CH 3 ) 4 C + H + → (CH 3 ) 3 C + + CH 4
Es wird auch bei der Herstellung von Tetraxenon-Goldverbindungen verwendet.
Mit Fluorantimonsäure als Lösungsmittel kompatible Materialien umfassen SO 2 ClF und Schwefeldioxid ; einige Fluorchlorkohlenwasserstoffe wurden auch verwendet. Behälter für HF/SbF 5 sind aus PTFE .
Sicherheit
HF/SbF 5 ist eine extrem ätzende und giftige Substanz, die feuchtigkeitsempfindlich ist. Wie die meisten starken Säuren kann Fluorantimonsäure aufgrund der exothermen Hydratation heftig mit Wasser reagieren . Das Erhitzen von Fluorantimonsäure ist ebenfalls gefährlich, da sie sich in giftiges Fluorgas zersetzt . Die Hauptmethode der Eindämmung beinhaltet die Lagerung in einem PTFE- Behälter, da sich Glas bei Kontakt auflöst. Beim Umgang mit oder in der Nähe dieser ätzenden Substanz muss immer eine Sicherheitsausrüstung getragen werden, da Fluorantimonsäure freiliegendes Fleisch bis auf die Knochen fressen kann und heftig mit dem in menschlichen Zellen vorhandenen Wasser reagiert.