魔酸:氟銻磺酸[化學式：HSbF5(OSO2F）或SbF5·HSO3F， -百科知識中文網

簡介

魔酸是由兩種或兩種以上的含氟化合物組成的溶液。比如氫氟酸和五氟化銻按1 ：0.3（摩爾比）混合時，它的酸性是濃硫酸的 1億倍；按1 ：1混合時，它的酸性是濃硫酸的10億倍。能溶解不溶於王水的高級烷烴蠟燭。

酸鹼中和反應的實質是質子的傳遞反應。超酸是指酸性比普通無機酸強106~1010倍的酸。魔酸（HSO3F－SbF5）是已知最強的超酸，許多物質（如H2SO-4）在魔酸中可獲得質子（即質子化）。
SbF5和HF以0.2:1的摩爾比混合時酸度以達到100%硫酸的10^9倍以上,隨著SbF5的比例增加酸度還能增強
魔酸,應當稱魔術酸比較合適(Magic Acid),用聚四氟乙烯制的容器盛放,一般講超強酸是指比100%的硫酸酸性更強的酸。

化學性質

氟銻磺酸是超強酸之一，可以看作五氟化銻和氟硫酸的混合物，SbF5與FSO3-離子結合成[SbF5(OSO2F)]-離子，使電離出的氫離子幾乎不受粒子引力控制。[SbF5(OSO2F)]-在溶液中完全電離，暴露在空氣中強烈吸水並有部分水解形成HSbO3、HF、H₂SO₄和其他強酸及一些絡合物。故久置的魔酸中還有少量SbO3-、F-、SO42-、SbO+、SbO2+離子。SbF5(OSO2F)]-離子有和氟離子一樣的活性。當皮膚沾到氟銻磺酸時先會被脫水炭化，接著碳被離子化，[SbF5(OSO2F)]-離子及少量SbO3-、F-等離子進入血液，使鈣、鎂離子失活，導致人體中毒。
氟銻磺酸酸性極強，以至於高氯酸在其中都會被質子化：
HClO₄+HSbF5(OSO₂F)====[SbF5(OSO2F)]-+[H2ClO4]+
在這種酸性環境下，一般情況下很多無法進行的有機化合反應可以順利進行。故氟銻磺酸常作為現代化工合成反應的催化劑。
超強酸能向鏈烷烴供給質子，使其質子化形成碳正離子。
R3CH+[H2SO3F]+<---->[R3CH2]++HSO3F<---->H2+[R3C]++HSO3F　
超強酸對鏈狀鹵素和硫陽離子的研究提供了一個優良的溶劑介質。
氟銻磺酸還是一種良好的溶劑和腐蝕劑，可以將包括金、鉑在內的極不活潑金屬氧化溶解。氟銻磺酸通常儲存在聚四氟乙烯的容器內。在室溫下氟銻磺酸和玻璃作用劇烈，並能溶解烴類有機物，可以將有機含氧化合物脫水炭化，但和含鉛塑膠玻璃（一種狀似玻璃的透明有機含鉛有機材料，主要成分是全氟聚苯乙烯、聚四氟乙烯、和二氟化鉛,如圖所示）反應很慢，故一般用含鉛塑膠玻璃製成的細口瓶盛裝。
氟銻磺酸酸使某些很難質子化的物質（如高氯酸）質子化，進一步製備含有-ClO3基團的有機物：
HClO4+H+====[H2ClO4]+
[H2ClO4]++H+====[ClO3]++[H3O]+
C6H6+[ClO3]+====[C6H6ClO3]+
[C6H6ClO3]+-H+====C6H5ClO3
氟銻磺酸酸使高級烷烴質子化，催化烷烴裂解：
(CH3）3CH+H→(CH3）3C+H2;
(CH3）4C+H→(CH3）3C+CH4
氟銻磺酸酸含有羥基的有機物（如醇、酚、羧酸等）質子化，進一步脫羥基化。
R-OH+2H=R+（碳正離子）+[H3O]+
強氧化劑：Sb(V）氟化物例如SbF5具有一定的氧化性，加上它超強的酸性，大大增加了氧化能力，能夠氧化腐蝕多種金屬。要注意的是，氟銻磺酸是無水體系，當氟銻磺酸與大量水混合時發生強烈反應，失去超酸性。

發現過程

1966年聖誕節，美國CaseWesternKeserve大學，G.A.Olah教授實驗室一位研究人員J.Lukas無意中將聖誕節晚會上用過的蠟燭扔進一個酸性溶液（SbF5·HSO₃F）中，結果發現蠟燭很快地溶解了，蠟燭是由一些性質很穩定的高級脂肪烷烴混合物組成的。能夠在室溫下將蠟燭溶解的物質必定具有某種未知的獨特因素。這促使他進一步研究，拿此實驗溶液去做核磁共振研究（13C-NMR）。令人驚奇的是核磁共振譜圖上竟出現了一個尖銳的叔丁基陽離子（碳正離子）峰。這種酸能溶解飽和烴。從那時起，Olah實驗室人員就給SbF5·HSO3F起個綽號叫“魔酸”（Magicacid）。E.M.ArnettJ.和W.Larsen於1967年2月在Chem.Eng.News雜誌上發表的文章中也將FSO3H和SbF5的混合物稱為魔酸。人們習慣地將酸強度超過100%H2SO4的一個酸或酸性介質叫做超酸（或超強酸），把SbF5·HSO3F稱作魔酸。也就是後來所說的超強酸。超強酸不但能溶解蠟燭，而且能使烷烴、烯烴等發生一系列化學變化，這是普通酸難以做到的。例如，正丁烷在超強酸的作用下，可以發生C—H鍵的斷裂，生成氫氣；發生C—C鍵的斷裂，生成甲烷；還可以發生異構化反應生成異丁烷。在奧萊教授和他的學生這一發現的啟示下，迄今為止，科學家們已經找到多種液態和固態的超強酸。液態的有HF·SbF5、TaF5·HSO₃F等。固態的有SbF6·SO2ZrO、SbF5·SiO₂·Al₂O₃等，它們都有類似於SbF5·HSO₃F的性質。

貯存方法

密閉，氮氣下保存，-20°C

關於魔酸

魔酸（HSbF5(OSO2F),五氟化銻合氟代磺酸，簡稱氟銻磺酸）是由兩種或兩種以上的含氟化合物組成的溶液。比如氟硫酸和五氟化銻按1:0.3（摩爾比）混合時，它的酸性是無水硫酸的1億倍；按1：1混合時，它的酸性是無水硫酸的10^19倍。能溶解不溶於王水的高級烷烴蠟燭。
酸鹼中和反應的實質是質子的傳遞反應。超酸是指酸性比普通無機酸強10^6～10^10倍的酸。魔酸（HSO₃F－SbF5）是已知除氟銻酸（HF-SbF5）外最強的超酸，許多物質（如H₂SO₄）在魔酸中可獲得質子（即質子化）。
SbF5和HF以0.2:1的摩爾比混合時酸度以達到100%硫酸的10^9倍以上，隨著SbF5的比例增加酸度還能增強。
魔酸，應當用聚四氟乙烯制的容器盛放，一般講超強酸是指比100%的硫酸酸性更強的酸。

固體魔酸

所謂固體魔酸即將魔酸附著於載體上。常見的載體有氧化鋁、氧化矽、合金、石墨、離子交換樹脂、聚合物等。固體魔酸與液體魔酸相比較有如下優點：
1.反應操作簡單，催化劑容易分離回收。
2.對反應器不易腐蝕。
3.對環境污染較小，處理成本較低。
4.反應選擇性較高。但固體魔酸的強度遠遠低於液體魔酸。
各國科學家正致力研究酸性更強的固體魔酸，使其在工業上發揮更大的作用。

套用價值

超強酸在化學和化學工業上，極有套用價值，它既是無機及有機的質子化試劑，又是活性極高的催化劑。而由於超強酸的酸性和腐蝕性強得出奇，所以過去一些極難或根本無法實現的化學反應，在超強酸的條件下便能順利進行。比如正丁烷，在超強酸的作用下，可以發生碳氫鍵的斷裂，生成氫氣，也可以發生碳碳鍵的斷裂，生成甲烷，還可以發生異構化生成異丁烷，這些都是普通酸做不到的。
可以預料，隨著這些具有超常酸性和腐蝕性超強酸的相繼問世，化學和化學工業將會迅速走進新時代。

比較

以下的資料是以哈米特酸度函式作為依據（哈米特酸度函式(H0)是一種用於衡量高濃度酸酸性的指標，包括超強酸。它是由物理有機化學家路易斯·普拉克·哈米特（LouisPlackHammett）建議使用的，這也是最著名的酸度函式，它對於超出pH值範圍的情況是很有用的。H0每減小一個單位，即表示酸性增強10倍。），哈米特酸度函式以大負數H0值表示：
氟銻酸（1:1）（1990）（H0=−28）
魔酸（五氟化銻合氟磺酸（1:1），簡稱氟銻磺酸）（1974）H0=-25）
碳硼烷酸（1969）（H0=−18.0)
氟磺酸（1944）（H0=−15.1）
三氟甲磺酸（1940）（H0=−14.6）
純高氯酸（H0=-13.0)
純硫酸（H0=-11.93）
氯化氫（H0=−8.0)

超強酸

魔酸（五氟化銻合氟代磺酸，簡稱氟銻磺酸）的酸性是公認的最強的，值得注意的是魔酸是混合物，由HSO3F與SbF5的混合配置而成的，另外含氧酸的確切定義是由O、H與一中心原子組成的可自主電離出質子的物質，其酸性最強的配置比為HSO₃F:SbF5=2:98（摩爾比）這才是真正人們所說的魔酸。如果你學了配位化學就會明白魔酸酸性強的原因了。
其酸性強的機理：首先HSO₃F（氟磺酸，或單氟硫酸）的酸性本身比HClO₄強，不過在水溶液中由於拉平效應它們的水溶液酸性強度是一樣的（就像濃度一樣的硝酸溶液和鹽酸溶液酸性一樣，我們一般認為HNO3與HCl的酸性是不可區分的，但事實上不是），在HSO3F電離出H+後由於O、F強拉電子作用（誘導效應）使負電荷電荷較均勻的分布於整個離子，減弱了質子對陰離子團的庫侖力使質子能更好的電離出去。
然後是SbF5的作用，（SO3F)-中由於存在S→O的配位鍵使O上帶較明顯的負電SbF5中由於F對Sb的誘導效應，使Sb帶較強的正電性且Sb上存在一個5p空軌道（為強Lewis酸）正好可以與（SO3F)-中的O上的孤電子對形成較強的配位鍵就是說存在S→O→Sb，這樣負電荷就擴散到了更大區域，並且受到了SbF5基團對負電荷的很好禁止，最多（SO3F)-可以與3個SbF5配合，不過配合度越低越穩定，因為SbF5基團太大互相牴觸，（SO3F)-不能更好與太多的SbF5很好配合，因而可以解釋魔酸中SbF5的量相當大，這樣H+對該配合物基本不存在庫侖力了所以H+變得相當自由甚至可以“趴在”電子云密度相對較大的C-H鍵上形成二電子三中心鍵很不穩定易分解生成碳正離子與H2。

魔酸

基本信息

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