Veszprémi Tamás

Általános kémia

Negyedik, átdolgozott kiadás

4. kiad.

8.5. Szupersavak

Oláh György (1927–2017). A Budapesti Műszaki Egyetemen szerzett vegyészmérnöki diplomát. 1956-ban emigrált, először Kanadában, majd az Egyesült Államokban telepedett le. Legfontosabb eredményeit a szupersavakkal kapcsolatos reakciók vizsgálata terén érte el. Kimutatta a négynél több vegyértékű szénatomok, a karbokationok létezését. Módszereit széles körben használják a szénhidrogének kutatásában, ezek a kutatások vezettek például az ólommentes benzin gazdaságos előállításához is. Foglalkozott a metil-alkohol-alapú tüzelőanyag-cellák kifejlesztésével. Eredményeiért 1994-ben Nobel-díjjal tüntették ki.

(A fényképet Hargittai István professzor bocsátotta rendelkezésünkre.)

Az előző pontokban már beszéltünk erős, sőt nagyon erős savakról. Ehhez kapcsolódik a szupersav elnevezés is, melyet eredetileg a 20as években vezettek be1 a kénsavnál erősebb savakra. Ilyen pl. a fluorszulfonsav (FSO3H), vagy a trifluormetánszulfonsav (CF3SO3H), és ide tartozik a fönt már ismertetett karboránsav is (8.6. ábra). Szupersavakon ma inkább különböző összetett savakat értünk. Ezekről lesz szó alább.

8.9. ábra. A

-kation szerkezete. A két fölső hidrogénatom és a szénatom együttesen mindössze két elektronon osztoznak. A különleges elektronszerkezetnek számos érdekes következménye van.

A kénsav nagyon erős sav, hiszen a H2SO4–H

protonszint nagyon magasan van. Vajon megprotonálhatóe a kénsav? Bizonyára igen, mivel a kénsavnak is ismert az autoprotolízise:

2 H2SO4 = H3

+ H

Ez pedig azt jelenti, hogy a H2SO4–H

szinten kívül, annál jóval magasabban létezik egy másik protonszint is a szabadentalpiaskálán, a H3

–H2SO4 rendszeré. Ennek elérése azonban igencsak nehéznek ígérkezik és nem várható, hogy a kénsavból, minden külső beavatkozás nélkül számottevő mennyiségben a nagyon erős proton donor H3

képződjön. Ha viszont az autoprotolízis révén nagy ritkán mégis képződik, az milliószor erősebb, mint az eredeti kénsav! Vajon hogyan lehetne ezt a nagyon magas protonszintet elérni? Első ránézésre eléggé lehetetlen a feladat. De adjunk csak kéntrioxidot a 100%os kénsavhoz:

H2SO4 + SO3 = H2S2O7.

A keletkező pirokénsav, vagy óleum kb. tízszer erősebb sav, mint a kénsav, vagyis a H2S2O7–HS2

protonszint már jóval közelebb került a H3

–H2SO4 rendszer szintjéhez, ezért innen már nagyobb valószínűséggel érhető el a protonált kénsav szintje. Az óleum igen tiszteletre méltó vegyszer. A tiszta kénsavtól a vegyész nem ijed meg, ha ráömlik a kezére, száraz ronggyal letörli, majd nyugodtan odasétál a vízcsaphoz és bő vízzel lemossa. És hacsak nem alszik el menet közben, a balesetnek nyoma sem marad. Ha viszont egy főzőpohár óleumba mártja valaki az ujját, hamar megtapasztalja, hogy nincs a főzőpohárnak alja… Arra is könnyen rájöhetünk, hogy az óleum érdekes módon egy Brønstedsav és egy Lewissav keveréke. A Lewissav azáltal növelte meg a közeg savasságát, hogy megkötötte a protonsav konjugált bázisát, a H

iont. Az új konjugált bázis, a HS2

ion jóval gyengébb bázis, mely a közeg aktuális protonsavától még kevésbé képes visszavenni a protont. Az ilyen savkeverékek az igazi szupersavak. Számos hasonló savkeveréket ismerünk, ilyen pl. a HF és BF3 elegye, melynek rendkívüli savassága a

anion kivételes stabilitásával értelmezhető. A bórtrifluorid helyett még sokkal hatásosabb egy másik Lewissav, az antimonpentafluorid, mely ugyancsak képes megkötni még egy fluoridiont és a keletkező

ion még a

ionnál is sokszorta gyengébb bázis. Az ún. mágikus sav, az SbF5 + FSO3H olyan kivételesen erős sav, hogy különböző szénhidrogéneket, többek között még a metánt is képes megprotonálni! Az így képződő karbokationok a savas közegben érdekes, és iparilag rendkívül hasznos reakciók egész sorában vehetnek részt.2

A legerősebb ma ismert szupersav a HF + SbF5 keverék. A hihetetlen saverősség titka abban rejlik, hogy a keletkező rendkívül stabilis

ion mellett az elegyben praktikusan valóban szabad protonok vannak! Nem csoda, hogy ez a sav kereken 20 000 000 000 000 000 000szor erősebb, mint a kénsav!

Végül ejtsünk néhány szót a túloldalról is: a kémiában a szuperbázis elnevezés is ismert. Szuperbázisokon a szerves alkálivegyületeket értjük. Ilyen pl. a metillítium (CH3Li), vagy a butillítium (CH3–CH2–CH2–CH2Li), melyekről a Li+ion könnyedén leválik és marad a metil vagy a butilanion, mely roppant erős nukleofilként, szuperbázisként reagál. A 8.4. pont 7. egyenletében éppen az így képződött metilanion egy lehetséges reakcióját látjuk.

1 A név J. B. Conanttól származik 1927ből.

2 E savkatalizált reakciók felfedezéséért tüntették ki Oláh Györgyöt 1994ben Nobeldíjjal.

Tartalomjegyzék

Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

Nyomtatott megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 664 114 6

Kémia

A kémiának számos ága létezik (szerves, szervetlen, fizikai, analitikai, bio- és polimer-kémia stb.), de általános kémia nevű diszciplínát nem ismerünk. Mégis: a General Chemistry, Allgemeine Chemie, Общая химия kifejezések jól ismertek az egész világon. A világ minden részén százszámra találhatók ilyen címmel könyvek, és aligha van olyan egyetemi kémia fakultás, ahol ez a tantárgy ismeretlen. Az általános kémia kurzusok és könyvünk célja az, hogy az olvasó középiskolából hozott kémiai ismereteit olyan szintre segítse, amelyre a fenti szaktárgyak alapozhatnak. Feladata az alapfogalmak definiálása, mintegy a kémiai nyelv alapszókincsének megismertetése, a fontosabb fizikai és kémiai jelenségek és összefüggések megvilágítása.

A könyv több – tipográfiailag is elkülönített – szinten használható. Anyaga a középiskolai kémiától elvezet az egyetemek másod- és harmadéves fizikai kémia tárgyáig. A fontos jelenségek mellé a haladók számára mélyebb magyarázatokat mellékel, melyeket a kezdők nyugodtan átugorhatnak anélkül, hogy ez gátolná a fő gondolat-menet megértését. Az olvasót számos érdekesség, tudománytörténeti kitekintés, rengeteg színes ábra, fénykép és több száz kidolgozott példa is segíti.

Könyvünk elsőrendű célja tehát adott: bevezetés vagy inkább átvezetés a felsőfokú kémiába. A megcélzott olvasókör is adott: érdeklődő középiskolásoknak éppúgy szól, mint első- és másodéves, kémiát tanuló egyetemi hallgatóknak. Emellett ajánlható a középiskolák kémiatanárainak is: számos, a középiskolákban is könnyen használható anyagot tartalmaz – másként, mint ahogyan a középiskolákban általában tanítani szokás. Végül, de nem utolsósorban ajánljuk a könyvet mindazoknak, akik bármikor, bármilyen szinten belekóstoltak vagy belemerültek a kémia izgalmas világába.

Hivatkozás: https://mersz.hu/altalanos-kemia-uj//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero