Superkyselina [1] (nebo superkyselina [2] ) je látka nebo směs látek, jejichž parametr kyselosti převyšuje kyselost 100% kyseliny sírové . V tomto případě je parametr kyselosti brán jako schopnost kyseliny protonovat libovolnou zásadu a ve skutečnosti se shoduje s funkcí kyselosti . Pro 100% kyselinu sírovou je parametr kyselosti H 0 = −11,93 . Přítomnost vody snižuje kyselost superkyselin, protože v přítomnosti vody je síla kyseliny omezena kyselostí hydroniového iontu H 3 O + .
Termín superkyselina (používaný v anglicky psané literatuře) zavedl James Conant v roce 1927 ke klasifikaci kyselin, které jsou silnější než běžné minerální kyseliny . V roce 1994 získal George Ola Nobelovu cenu [3] za výzkum superkyselin a jejich aplikací při přímém pozorování karbokationtů .
Magická kyselina získala své jméno pro svou výjimečnou schopnost rozpouštět vosk. Je to směs fluoridu antimonitého , což je Lewisova kyselina , a kyseliny fluorosulfonové , Bronstedovy kyseliny . Jedním z nejsilnějších systémů superkyselin je kyselina hexafluorantimonitá , směs kyseliny fluorovodíkové a fluoridu antimonitého . V tomto systému kyselina fluorovodíková uvolňuje proton (H + ) a konjugovaná báze (F - ) je izolována koordinační vazbou s pentafluoridem antimonitým . To tvoří velký oktaedrický anion (SbF 6 - ), což je velmi slabý nukleofil a velmi slabá báze . Poté, co se proton stane "volným", způsobí překyselení systému. Kyselina fluoroantimonitá je 2⋅10 19krát silnější než 100% kyselina sírová .
Pro charakterizaci kyselosti látek v nevodných médiích se používá Hammettova funkce kyselosti H 0 . Jsou známy kapaliny, pro které je H 0 zápornější než pro koncentrované vodné roztoky velmi silných kyselin, jako je HNO 3 , H 2 SO 4 . Tyto kapaliny se nazývají superkyseliny. Příklady: 100 % H 2 SO 4 ( H 0 = -12 ), bezvodá kyselina fluorosulfonová HSO 3 F ( H 0 = -15 ), směs HF a SbF 5 ( H 0 = -28 ), 7 % roztok SbF 5 v HS03F ( H0 \u003d -19,4 ) . Ekvimolární směs HSO 3 F a SbF 5 se nazývá „ magická kyselina “. Překyselení je způsobeno výjimečnou slabostí interakce s protonem odpovídajících aniontů (HSO 4 - , SbF 6 - atd.). V prostředí superkyselin jsou protonovány látky, které obvykle nevykazují základní vlastnosti, zejména uhlovodíky. Tento jev se v praxi využívá především v organické syntéze ( Friedel-Craftsova alkylace , hydrogenace oleje atd.).
Jednoduché superkyseliny zahrnují trifluormethansulfonové ( CF3S03H ) , chlorečné , chlorsulfonové , pentafluorethansulfonové , fluorsulfonové (FS03H ) kyseliny . V mnoha případech superkyselina není jediná sloučenina, ale směs sloučenin, které se spojují za účelem dosažení vysoké kyselosti.
Kyselina karboranová je jednou z nejsilnějších kyselin dostupných v lahvích. Je milionkrát silnější než koncentrovaná kyselina sírová. Vytvořeno na University of California ( USA ) za účasti pracovníků Institutu katalýzy Sibiřské pobočky Ruské akademie věd ( Novosibirsk ). Nejsilnější superkyselinou ze všech je v současnosti fluorovaná karboranová kyselina .
Nejsilnější známou kyselinou ze všech systémů je iont hydridu hélia , ale tento systém nelze skladovat v žádném znatelném množství.
Lewisovy superkyseliny zahrnují většinu pentafluoridů kovů a fluorid boritý .