El ácido fluoroantimónico es una mezcla de fluoruro de hidrógeno y pentafluoruro de antimonio, que contiene varios cationes y aniones (el más simple es H
2F+
y Sb F−
6). Esta mezcla es un superácido que, en términos de corrosividad, es billones de veces más fuerte que el ácido sulfúrico puro cuando se mide por su función de acidez de Hammett . Incluso protona algunos hidrocarburos para producir carbocationes ( iones carbonio [ 1] Al igual que su precursor, el fluoruro de hidrógeno , ataca al vidrio, pero se puede almacenar en recipientes revestidos con PTFE ( teflón ) o PFA .
El ácido fluoroantimónico se forma combinando fluoruro de hidrógeno y pentafluoruro de antimonio :
La especiación (es decir, el inventario de componentes) del ácido fluoroantimónico es compleja. Las mediciones espectroscópicas muestran que el ácido fluoroantimónico consiste en una mezcla de protones solvatados en HF, [ (HF) n H] + (como H 3 F+2), y aductos de fluoruro de SbF 5 , [(SbF 5 ) n F] – (como Sb 4 F−21). Por lo tanto, la fórmula " [H 2 F] + [SbF 6 ] − " es una aproximación conveniente pero demasiado simplificada de la composición verdadera. [2] Sin embargo, la acidez extrema de esta mezcla es evidente a partir de la capacidad excepcionalmente pobre de aceptación de protones de las especies presentes en solución. El fluoruro de hidrógeno, un ácido débil en solución acuosa que normalmente no se cree que tenga ninguna basicidad de Brønsted apreciable , es de hecho la base de Brønsted más fuerte en la mezcla, protonándose a H 2 F + de la misma manera que el agua protona a H 3 O + en ácido acuoso. Es el ion fluoronio el que explica la acidez extrema del ácido fluoroantimónico. Los protones migran fácilmente a través de la solución, pasando de H 2 F + a HF, cuando está presente, por el mecanismo de Grotthuss . [3]
Se han cristalizado dos productos relacionados a partir de mezclas de HF-SbF 5 y ambos se han analizado mediante cristalografía de rayos X de monocristal . Estas sales tienen las fórmulas [H
2F+
] [Sr.
2F−
11] y [H
3F+
2] [Sr.
2F−
11] . En ambas sales, el anión es Sb
2F−
11. [4] Como se mencionó anteriormente, SbF−
6es débilmente básico; el anión más grande Sb
2F−
11Se espera que sea una base aún más débil.
El ácido fluoroantimónico es el superácido más fuerte según el valor medido de su función de acidez de Hammett ( H 0 ), que se ha determinado para varias proporciones de HF:SbF 5 . El H 0 del HF es −15. Una solución de HF que contiene 1 mol % de SbF 5 es −20. El H 0 es −21 para 10 mol %. Para > 50 mol % de SbF 5 , el H 0 está entre −21 y −23. El H 0 más bajo alcanzado es aproximadamente -28. [5] [6] [7] Los siguientes valores de H 0 muestran que el ácido fluoroantimónico es más fuerte que otros superácidos. [8] La acidez aumentada se indica mediante valores más pequeños (en este caso, más negativos) de H 0 .
De los anteriores, sólo los ácidos carboranos , cuyo H0 no se pudo determinar directamente debido a sus altos puntos de fusión, pueden ser ácidos más fuertes que el ácido fluoroantimónico. [8] [9]
El valor de H 0 mide la capacidad de protonación del ácido líquido en masa, y este valor se ha determinado o estimado directamente para varias composiciones de la mezcla. El p K a , por otro lado, mide el equilibrio de la disociación de protones de una especie química discreta cuando se disuelve en un disolvente particular. Dado que el ácido fluoroantimónico no es una especie química única, su valor de p K a no está bien definido. [ cita requerida ]
La acidez en fase gaseosa (GPA) de las especies individuales presentes en la mezcla se ha calculado utilizando métodos de teoría funcional de la densidad. [2] (La p K a s en fase de solución de estas especies se puede estimar, en principio, teniendo en cuenta las energías de solvatación, pero no parece que se haya informado de ello en la literatura a partir de 2019). Por ejemplo, el par iónico [H 2 F] + · SbF–
6Se estimó que el ácido tríflico tenía un GPA de 254 kcal/mol. A modo de comparación, el superácido comúnmente encontrado, el ácido tríflico , TfOH, es un ácido sustancialmente más débil según esta medida, con un GPA de 299 kcal/mol. [10] Sin embargo, ciertos superácidos de carborano tienen GPA inferiores a los de [H 2 F] + · SbF–
6Por ejemplo, el H(CHB 11 Cl 11 ) tiene un GPA determinado experimentalmente de 241 kcal/mol. [11]
La solución de ácido fluoroantimónico es tan reactiva que es difícil identificar los medios con los que no reacciona. Los materiales compatibles con el ácido fluoroantimónico como disolvente incluyen SO2ClF y dióxido de azufre ; también se han utilizado algunos clorofluorocarbonos . Los recipientes para HF / SbF5 están hechos de PTFE . [ cita requerida ]
Las soluciones de ácido fluoroantimónico se descomponen cuando se calientan, generando gas fluoruro de hidrógeno libre y pentafluoruro de antimonio líquido a una temperatura de 40 °C. [12]
Como superácido , las soluciones de ácido fluoroantimónico protonan casi todos los compuestos orgánicos , lo que a menudo provoca deshidrogenación o deshidratación. En 1967, Bickel y Hogeveen demostraron que el 2HF·SbF 5 reacciona con isobutano y neopentano para formar iones de carbenio : [13] [14]
También se utiliza en la síntesis de complejos de tetraxeno-oro . [15]
El HF/SbF 5 es una sustancia altamente corrosiva que reacciona violentamente con el agua. Calentarlo también es peligroso, ya que se descompone en gas tóxico de fluoruro de hidrógeno . Con superácidos que son vaporosos y tóxicos, se debe utilizar el equipo de protección personal adecuado. Además de los guantes y gafas obligatorios , también se requiere el uso de una pantalla facial y un respirador . No se recomiendan los guantes de laboratorio habituales, ya que este ácido puede reaccionar con los guantes. [9] Se debe usar equipo de seguridad en todo momento al manipular o acercarse a esta sustancia corrosiva, ya que el ácido fluoroantimónico puede protonar todos los compuestos del cuerpo humano. [16]
{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: otros ( enlace )