定义(最强的超酸)

酸度函数H0(HSO3F酸的质子自递平衡)

魔酸

应用

定义

初高中范围内“最强酸”指的是所学的一种酸性及氧化性特别强的含氧酸----HClO4.其中氯离子显+7价。其酸酐是Cl2O7.

现在人们习惯地将超过纯H2SO4的酸或酸性介质叫做超酸（或超强酸），由于纯H2SO4的H0为-11.93，因而凡是H0<-11.93的酸性体系都叫做超酸。例如：HSO3F，H0=-15.07；H2S2O7，H0=-14.14。

最强的超酸

液体超强酸，有的比100%硫酸强近10^12倍，有严重腐蚀性和严重公害。全氟磺酸树脂（Nafion-H）是现在已知的最强固体超强酸，具有耐热性能好、化学稳定性和机械强度高等特点。一般是将带有磺酸基的全氟乙烯基醚单体与四氟乙烯进行共聚，得到全氟磺酸树脂。由于Nafion-H分子中引入电负性最大的氟原子，产生强大的场效应和诱导效应，从而使其酸性剧增。与液体超强酸相比，用作催化剂时，易于分离，可反复使用。且腐蚀性小，引起公害少，选择性好，容易应用于工业化生产。

近年世界上已开发和研制了比硫酸、盐酸；硝酸酸性强几百万倍，甚至几十亿倍的超强酸。 这些超强酸，酸性极强。以HF～SbF5为例，物质的量为1：0．3的氢氟酸和五氟化锑混合时的酸性强度要比无水硫酸(100％)的强度约大1亿倍。而HF～SbF5的物质量比1：1时其酸性估计可达无水硫酸的10万兆倍。这些超强酸如魔酸，它是五氟化锑和氢氟酸按体积比l：l混合制成的混酸。其酸度只是无水硫酸的100倍，目前，在世界市场上已有商品出售,超强酸在化学和化学工业上,极有应用价值，它既是无机及有机的质子化试剂，又是活性极高的催化剂。过去很多在普通环境下极难实现或根本无法实现的化学反应在超强酸环境中。却能异常顺利地完成。

酸度函数H0

在水溶液中所有的强酸都被拉平到H3O+离子的强度，在一些酸性非水溶剂中，拉平作用不会发生，酸强度可达到水溶液中的10的十次方或更多倍，在这类溶剂中，常用酸度函数H0来描述酸的强度。

众所周知，纯HSO3F是一种强的给质子试剂，在该溶剂中加入Lewis酸SbF5或SbF5与SO3的混合物时能大大增加HSO3F的酸度。

HSO3F酸的质子自递平衡

HSO3F + HSO3F = [H2SO3F]+ + [FSO3]-

SbF5和SO3的加入导致平衡向右移动，从而提高了H2SO3F+的浓度，反应式为：

SbF5 + 2HSO3F ⇋ H2SO3F+ + [SbF5(SO3F)]-

2SbF5 + 2HSO3F ⇋ H2SO3F+ + [Sb2F10(SO3F)]-

3SO3 + SbF5 + 2HSO3F ⇋ H2SO3F+ + [SbF5(SO3F4)]-

H2SO3F几乎能使所有的有机化合物加合质子而产生碳鎓离子，例如：

R3CH + HSO3F+ ⇋ R3CH2+ + HSO3F ⇋ H2↑ + R3C+ + HSO3F

这一反应中，先有H2SO3F+付出一个质子给R3CH，接着放出氢气生成碳鎓离子。

魔酸

很长的一段时间内，人们认为王水就是酸中之王，是最强的酸了，因为即使是黄金，遇到王水也会像“泥牛入海”一样很快变的无影无踪。直到有一天奥莱教授和他的学生偶然发现了一种奇特的溶液，它能溶解不溶于王水的高级烷烃蜡烛，人们才知道其实王水并不是最强的酸，还有比它强的酸，这就是魔酸。

在超强酸中，把其中的SbF5-HSO3F体系叫做魔酸，魔酸的H0约为-27。

从成分上看，超强酸可以是纯的Bronstend酸，如HF、HCLO4、 HSO3F、 HSO3CL、 HSO3CF3等；纯Lewis酸，如SbF5、AsF5、TaF5和NbF5等；也可以是Bronstend酸-Lewis酸混合体系，如魔酸就是典型的例子。

还有固体超酸。它们是一些用Bronstend酸和Lewis酸处理过的金属氧化物，例如，ZrO2·H2SO4(H0=-16)，SbF5·SiO2·Al2O3（H0=-16)等。

它们的酸性强的令人难以置信，比如氢氟酸和五氟化锑按1 ：0.3（摩尔比）混合时，它的酸性是浓硫酸的 1亿倍；按1 ：1混合时，它的酸性是浓硫酸的10亿倍。所以王水在它们面前只能是“小巫见大巫”。

应用

由于超酸具有高强度的酸性和很高的介电常数，能使很弱的碱质子化，能使非电解质成为电解质，因而可以作为良好的催化剂，使一些本来难以及你进行的反应在较温和的条件下进行，因而在饱和烃的裂解，重聚，异构化，烷基化反应中都被广泛的应用。