氟锑磺酸

氟锑磺酸，又称魔酸，是一种超强酸，是一种路易斯酸五氟化锑和一种质子酸氟磺酸的混合物，化学式为SbF5·HSO3F，为无色透明的粘稠液体，含杂质时为淡黄色、棕色甚至是黑绿色。有明显的刺激性气味，纯净的氟锑磺酸密度大致为3.61-3.82 g/mL，无固定熔沸点。当质子酸路易斯酸混合时，其酸的强度增大。

魔酸（SbF5·HSO3F），是由两种或两种以上的含氟化合物组成的溶液。比如氟硫酸和五氟化锑按1：0.3（摩尔比）混合时，它的酸性是无水硫酸的1亿倍；按1：1混合时，它的酸性是无水硫酸的1019倍。能溶解不溶于王水的高级烷烃蜡烛。

酸碱中和反应的实质是质子的传递反应。超酸是指酸性比普通无机酸强106～1010倍的酸。魔酸（HSO3F－SbF5）是已知除氟锑酸（HF-SbF5）外最强的超酸，许多物质（如H2SO4）在魔酸中可获得质子（即质子化）。

SbF5和HF以0.2:1的摩尔比混合时酸度以达到100%硫酸的109倍以上，随着SbF5的比例增加酸度还能增强。

魔酸，应当用聚四氟乙烯制的容器盛放，一般讲超强酸是指比100%的硫酸酸性更强的酸。

研究简史

1966年圣诞节，美国Case Western Reserve大学，G.A.Olah教授实验室一位研究人员J.Lukas无意中将圣诞节晚会上用过的蜡烛扔进一个酸性溶液（SbF5·HSO3F）中，结果发现蜡烛很快地溶解了，蜡烛是由一些性质很稳定的高级脂肪烷烃混合物组成的。能够在室温下将蜡烛溶解的物质必定具有某种未知的独特因素。这促使他进一步研究，拿此实验溶液去做核磁共振研究（13C-NMR）。令人惊奇的是核磁共振氢谱图上竟出现了一个尖锐的叔丁基阳离子（碳正离子）峰。这种酸能溶解饱和烃。从那时起，Olah实验室人员就给SbF5·HSO3F起个绰号叫“魔酸”（Magic acid）。E. M. Arnett J.和W.Larsen于1967年2月在Chem. Eng. News杂志上发表的文章中也将FSO3H和SbF5的混合物称为魔酸。人们习惯地将酸强度超过100% H2SO4的一个酸或酸性介质叫做超酸（或超强酸），把SbF5·HSO3F称作魔酸。也就是后来所说的超强酸。超强酸不但能溶解蜡烛，而且能使烷烃、烯烃等发生一系列化学变化，这是普通酸难以做到的。例如正丁烷在超强酸的作用下，可以发生C—H键的断裂，生成氢气；发生C—C键的断裂，生成甲烷；还可以发生异构化反应生成异丁烷。在奥莱教授和他的学生这一发现的启示下，迄今为止，科学家们已经找到多种液态和固态的超强酸。液态的有HF·SbF5、TaF5·HSO3F等。固态的有SbF6·SO2ZrO、SbF5·SiO2·Al2O3等，它们都有类似于SbF5·HSO3F的性质。

理化性质

物理性质

电导率（S/m，25ºC）：1.2×10-8

密度：3.61-3.62g/cm3

化学性质

氟锑磺酸是超强酸之一，可以看作五氟化锑和氟硫酸的混合物，SbF5与FSO3-离子结合成[SbF5(OSO2F)]-离子，使电离出的氢离子几乎不受粒子引力控制。[SbF5(OSO2F)]-在溶液中完全电离，暴露在空气中强烈吸水并有部分水解形成HSbO3、HF、H2SO4和其他强酸及一些络合物。故久置的魔酸中还有少量SbO3-、F-、SO42-、SbO 、SbO2 离子。SbF5(OSO2F)]-离子有和氟离子一样的活性。当皮肤沾到氟锑磺酸时先会被脱水炭化，接着碳被离子化，[SbF5(OSO2F)]-离子及少量SbO3-、F-等离子进入血液，使钙、镁离子失活，导致人体中毒。

氟锑磺酸酸性极强，以至于高氯酸在其中都会被质子化：

HClO4 HSbF5(OSO2F)=[SbF5(OSO2F)]- [H2ClO4]

在这种酸性环境下，一般情况下很多无法进行的有机化合反应可以顺利进行。故氟锑磺酸常作为现代化工合成反应的催化剂。

超强酸能向链烷烃供给质子，使其质子化形成碳正离子。

超强酸对链状卤素和硫阳离子的研究提供了一个优良的溶剂介质。

氟锑磺酸还是一种良好的溶剂和腐蚀剂，可以将包括金、铂在内的极不活泼金属氧化溶解。氟锑磺酸通常储存在聚四氟乙烯的容器内。在室温下氟锑磺酸和玻璃作用剧烈，并能溶解烃类有机物，可以将有机含氧化合物脱水炭化，但和含铅塑料玻璃（一种状似玻璃的透明有机含铅有机材料，主要成分是全氟聚苯乙烯、聚四氟乙烯、和二氟化铅）反应很慢，故一般用含铅塑料玻璃制成的细口瓶盛装。

氟锑磺酸酸使某些很难质子化的物质（如高氯酸）质子化，进一步制备含有-ClO3基团的有机物：

HClO4 H = [H2ClO4]

[H2ClO4] H =[ClO3] [H3O]

C6H6 [ClO3] = [C6H6ClO3]

[C6H6ClO3] - H =C6H5ClO3

氟锑磺酸酸使高级烷烃质子化，催化烷烃裂解：

(CH3)3CH H → (CH3)3C H2；

(CH3)4C H → (CH3)3C CH4

氟锑磺酸酸含有羟基的有机物（如醇、酚、羧酸等）质子化，进一步脱羟基化。

R-OH 2H = R （碳正离子） [H3O]

强氧化剂：Sb(V)氟化物例如SbF5具有一定的氧化性，加上它超强的酸性，大大增加了氧化能力，能够氧化腐蚀多种金属。要注意的是，氟锑磺酸是无水体系，当氟锑磺酸与大量水混合时发生强烈反应，失去超酸性。

性质与稳定性：当质子酸与路易氏酸混合时，其酸的强度增大。典型的代表是氟硫酸与五氟化锑两者以1:1的混合体系，被称为魔酸。在室温下为无色透明的黏稠状液体，它是一种最强的酸。在魔酸中几乎所有的有机化合物都可以发生离子化。魔酸组成之一的SbF5为无色黏稠状液体，与湿气接触产生白烟，是一种非常强的路易氏酸，能与多种化合物形成加成产物。

应用领域

用作无机溶剂。

超强酸在化学和化学工业上，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。而由于超强酸的酸性和腐蚀性强得出奇，所以过去一些极难或根本无法实现的化学反应，在超强酸的条件下便能顺利进行。比如正丁烷，在超强酸的作用下，可以发生碳氢键的断裂，生成氢气，也可以发生碳碳键的断裂，生成甲烷，还可以发生异构化生成异丁烷，这些都是普通酸做不到的。

可以预料，随着这些具有超常酸性和腐蚀性超强酸的相继问世，化学和化学工业将会迅速走进新时代。

计算化学数据

疏水参数计算参考值（XlogP）：无

氢键供体数量：1

氢键受体数量：9

可旋转化学键数量：0

互变异构体数量：0

拓扑分子极性表面积：62.8

重原子数量：11

表面电荷：0

复杂度：130

同位素原子数量：0

确定原子立构中心数量：0

不确定原子立构中心数量：0

确定化学键立构中心数量：0

不确定化学键立构中心数量：0

共价键单元数量：2

储存运输

密闭，-20℃冷冻环境保存，最好是真空环境。

酸性

哈米特酸度函数（H0）是一种用于衡量高浓度酸酸性的指标。它是由物理有机化学家路易斯·普拉克·哈米特（Louis Plack Hammett）建议使用的，这也是最著名的酸度函数，它对于超出pH值范围的情况是很有用的。H0每减小一个单位，即表示酸性增强10倍。哈米特酸度函数以大负数H0值表示：

氟锑酸（1:1）（1990）（H0=−28）

魔酸（五氟化锑合氟磺酸（1:1），简称氟锑磺酸）（1974）H0=-26.5）

碳硼烷酸（1969）（H0=−18.0)

氟磺酸（1944）（H0=−15.1）

三氟甲磺酸（1940）（H0=−14.6）

浓高氯酸（H0=-13.0)

魔酸（五氟化锑合氟代磺酸，简称氟锑磺酸）的酸性是除氟锑酸外最强的，值得注意的是魔酸是混合物，由HSO3F与SbF5的混合配置而成的，另外含氧酸的确切定义是由O、H与一中心原子组成的可自主电离出质子的物质，其酸性最强的配置比为HSO3F：SbF5=2：98（摩尔比）。

其酸性强的机理：首先HSO3F（氟磺酸，或单氟硫酸）的酸性本身比HClO4强，不过在水溶液中由于拉平效应它们的水溶液酸性强度是一样的（就像浓度一样的硝酸溶液和盐酸溶液酸性一样，我们一般认为HNO3与HCl的酸性是不可区分的，但事实上不是），在HSO3F电离出H 后由于O、F强拉电子作用（诱导效应）使负电荷电荷较均匀的分布于整个离子，减弱了质子对阴离子团的库仑力使质子能更好的电离出去。

然后是SbF5的作用，SO3F-中由于存在S→O的配位键，使O上带较明显的负电，SbF5中由于F对Sb的诱导效应，使Sb带较强的正电性，且Sb上存在一个5p空轨道（为强Lewis酸）正好可以与SO3F-中的O上的孤电子对形成较强的配位键。就是说存在S→O→Sb，这样负电荷就扩散到了更大区域，并且受到了SbF5基团对负电荷的很好屏蔽，最多SO3F-可以与3个SbF5配合。但是配合度越低越稳定，这是因为SbF5基团太大互相抵触，使得SO3F-不能更好与太多的SbF5很好配合，因此可以解释魔酸中SbF5的量相当大，这样H 对该配合物基本不存在库仑力了，所以使得H 变得相当自由，甚至可以“趴在”电子云密度相对较大的C—H键上形成二电子三中心键很不稳定易分解生成碳正离子与H2。