Acide fluoroantimonique - Fluoroantimonic acid
Identifiants | |
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Modèle 3D ( JSmol )
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ChemSpider | |
Carte d'information de l'ECHA | 100.037.279 |
Numéro CE | |
CID PubChem
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Tableau de bord CompTox ( EPA )
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Propriétés | |
Apparence | Liquide incolore |
Densité | 2,885 g / cm 3 |
Solubilité | SO 2 ClF , SO 2 |
Dangers | |
Principaux dangers | Extrêmement corrosif, Hydrolyse violente |
Pictogrammes SGH | |
Mention d'avertissement SGH | Danger |
H300 , H310 , H314 , H330 , H411 | |
P260 , P264 , P273 , P280 , P284 , P301 + 310 | |
NFPA 704 (diamant de feu) | |
Composés apparentés | |
Acides apparentés
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Pentafluorure d'antimoine Fluorure d'hydrogène Acide magique |
Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
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vérifier ( qu'est-ce que c'est ?) | |
Références de l'infobox | |
L'acide fluoroantimonique est un mélange de fluorure d'hydrogène et de pentafluorure d'antimoine , contenant divers cations et anions (le plus simple étant H
2F+
et Sb F−
6). Cette substance est un superacide qui peut être plus d'un milliard de fois plus puissant que l'acide sulfurique pur à 100 % , selon la proportion de ses ingrédients. Il a été démontré qu'il protonait même les hydrocarbures pour produire des carbocations pentacoordonnés ( ions carbonium ). Une extrême prudence doit être en place lors de la manipulation de l'acide fluoroantimonique. Il est exceptionnellement corrosif, mais peut être stocké dans des conteneurs revêtus de PTFE (Téflon).
Composition chimique
La réaction de production d'acide fluoroantimonique entraîne la formation de l' ion fluoronium en tant qu'espèce majeure en équilibre :
- SbF 5 + 2 HF SbF−
6+ H 2 F +
Cependant, la spéciation de « l'acide fluorantimonique » est complexe, et consiste en un mélange de protons solvatés par HF, [ (HF)
mH]+
(comme H
3F+
2), et SbF 5 -adduits de fluorure (tels que Sb
4F−
21). Ainsi, la formule " [H
2F]+
SbF−
6" est une approximation pratique mais simpliste de la vraie composition. Néanmoins, l'extrême acidité de ce mélange est évidente à partir de la capacité exceptionnellement faible d'acceptation des protons des espèces présentes en solution. Le fluorure d'hydrogène, un acide faible en solution aqueuse qui n'est normalement pas considérée comme ayant une basicité de Brønsted appréciable, est en fait la base de Brønsted la plus forte du mélange, se protonant en H 2 F + de la même manière que l'eau se protone en H 3 O + dans un acide aqueux. En conséquence, l'acide est souvent dit contenir des " protons nus ", bien que les protons "libres" soient, en fait, toujours liés aux molécules de fluorure d'hydrogène . C'est l'ion fluoronium qui explique l'extrême acidité de l'acide fluoroantimonique. Les protons migrent facilement à travers la solution, passant de H 2 F + à HF, lorsqu'il est présent, par le mécanisme Grotthuss .
Deux produits apparentés ont été cristallisé à partir de HF-SbF 5 mélanges, et les deux ont été analysés par monocristal aux rayons X cristallographie . Ces sels ont les formules [H
2F+
][Sb
2F−
11] et [H
3F+
2][Sb
2F−
11] . Dans les deux sels, l'anion est Sb
2F−
11. Comme mentionné ci-dessus, SbF−
6est faiblement basique; le plus gros anion Sb
2F−
11 devrait être encore plus faible.
Acidité
L'acide fluoroantimonique est le superacide le plus fort sur la base de la valeur mesurée de sa fonction d'acidité de Hammett ( H 0 ), qui a été déterminée pour différents rapports HF:SbF 5 . Alors que le H 0 du HF pur est de -15, l'ajout de seulement 1 % molaire de SbF 5 le fait baisser à environ -20. Cependant, un ajout supplémentaire de SbF 5 entraîne des rendements rapidement décroissants, le H 0 atteignant -21 à 10 % en moles. L'utilisation d'une base extrêmement faible comme indicateur montre que le plus bas H 0 atteignable , même avec > 50 % en moles de SbF 5 , se situe quelque part entre -21 et -23. Les valeurs H 0 suivantes montrent que l'acide fluoroantimonique est beaucoup plus fort que les autres superacides. Une acidité accrue est indiquée par des valeurs plus petites (dans ce cas, plus négatives) de H 0 .
- Acide fluoroantimonique (−23 < H 0 < −21)
- Acide magique ( H 0 = −19,2)
- Acide carborane ( H 0 < −18)
- Acide fluorosulfurique ( H 0 = −15,1)
- Acide triflique ( H 0 = -14,9)
Parmi ce qui précède, seuls les acides carborane , dont H 0 n'a pas pu être déterminé directement en raison de leurs points de fusion élevés, peuvent être des acides plus forts que l'acide fluoroantimonique.
Les sources confondent souvent la valeur H 0 de l'acide fluoroantimonique avec son p K a . La valeur H 0 mesure la capacité de protonation de l'acide liquide en vrac, et cette valeur a été directement déterminée ou estimée pour diverses compositions du mélange. Le p K a, quant à lui, mesure l'équilibre de la dissociation des protons d'une espèce chimique discrète lorsqu'elle est dissoute dans un solvant particulier. Puisque l'acide fluoroantimonique n'est pas une espèce chimique unique, sa valeur p K a n'est pas bien définie.
L' acidité en phase gazeuse (GPA) des espèces individuelles présentes dans le mélange a été calculée en utilisant des méthodes de théorie fonctionnelle de la densité. (La phase de solution p K a s de ces espèces peut, en principe, être estimée en tenant compte des énergies de solvatation, mais ne semble pas être rapportée dans la littérature à partir de 2019.) Par exemple, la paire d'ions [H 2 F] + · SbF–
6a été estimée à un GPA de 254 kcal/mol. À titre de comparaison, l'acide triflique superacide couramment rencontré , TfOH, est un acide sensiblement plus faible selon cette mesure, avec un GPA de 299 kcal/mol. Cependant, certains superacides carboranes ont des GPA inférieurs à celui de [H 2 F] + · SbF–
6. Par exemple, H(CHB 11 Cl 11 ) a un GPA déterminé expérimentalement de 241 kcal/mol.
Réactions
L'acide fluoroantimonique se décompose thermiquement lorsqu'il est chauffé, générant du fluorure d'hydrogène libre et du pentafluorure d'antimoine liquide. À des températures aussi basses que 40 °C, l'acide fluoroantimonique libère du HF dans la phase gazeuse. Le pentafluorure d'antimoine liquide peut être récupéré à partir de l'acide fluoroantimonique en chauffant et en libérant du HF dans la phase gazeuse.
Applications
Cet acide extraordinairement fort protone presque tous les composés organiques , provoquant souvent une déshydrogénation ou une déshydratation. En 1967, Bickel et Hogeveen ont montré que le 2HF·SbF 5 éliminerait le H 2 de l' isobutane et le méthane du néopentane pour former des ions carbénium :
- (CH 3 ) 3 CH + H + → (CH 3 ) 3 C + + H 2
- (CH 3 ) 4 C + H + → (CH 3 ) 3 C + + CH 4
Il est également utilisé dans la fabrication de composés d' or tétraxénon .
Les matériaux compatibles avec l'acide fluoroantimonique comme solvant comprennent le SO 2 ClF et le dioxyde de soufre ; certains chlorofluorocarbures ont également été utilisés. Les conteneurs pour HF/SbF 5 sont en PTFE .
Sécurité
Le HF/SbF 5 est une substance extrêmement corrosive et toxique sensible à l'humidité. Comme avec la plupart des acides forts, l'acide fluoroantimonique peut réagir violemment avec l'eau en raison de l' hydratation exothermique . Le chauffage de l'acide fluoroantimonique est également dangereux, car il se décompose en fluor gazeux toxique . La principale méthode de confinement implique le stockage dans un récipient en PTFE car le verre se dissoudra au contact. Un équipement de sécurité doit être porté en tout temps lors de la manipulation ou de l'approche de cette substance corrosive, car l'acide fluoroantimonique peut manger la chair exposée jusqu'aux os tout en réagissant violemment avec l'eau présente dans les cellules humaines.