Fluoroantimónico: el superácido más fuerte conocido

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¿Nunca se han preguntado el porqué del poder corrosivo de los ácidos minerales (sulfúrico, nítrico, clorhídrico…)? Se debe a los protones (H+) que estos ácidos liberan.

¿Y por qué son tan reactivos los protones? Por su tamaño tan extraordinariamente pequeño. Un protón es una especie química única en el sentido de que es mucho más pequeña que cualquier otra. Según la teoría de Bohr, la órbita del electrón en el átomo de hidrógeno es de un tamaño unas 100.000 veces mayor que el del núcleo (el protón). Esto quiere decir que cuando un átomo de hidrógeno pierde su electrón se convierte en una entidad unas 100.000 veces menor con una carga positiva. Así, cuando una molécula de sulfúrico (H2SO4) se disocia, los iones sulfato (SO42-) que se producen son de un tamaño del orden de un millón de veces mayores que los protones (H+) que también generan.

Al ser tan pequeños, los protones pueden acercarse mucho a otras moléculas, y esto explica que las afecten tan considerablemente. Recuérdese que el potencial eléctrico creado por una carga puntual  en un punto situado a una distancia r de la carga es inversamente proporcional a r. Es decir, a menor r, mayor potencial eléctrico. Como el protón se puede acercar extraordinariamente a otra molécula, el potencial creado por el protón sobre ella es muy alto.

Hydronium-3D-balls.pngPor lo tanto, debido a su “poderosa” carga positiva, los protones ejercen una enorme influencia en el medio en el que se encuentran. En disolución acuosa, la propia carga del protón atrae a una molécula de agua y se forma el ion hidronio (H3O+). De esta manera queda “apantallada” la fuerza del protón desnudo y al mismo tiempo aumenta mucho el tamaño del cuerpo cargado positivamente, por lo que ya no puede acercarse tanto a otras especies. Si a pesar de eso el hidronio es tan reactivo, ¿cuanto más no lo será un H+ desnudo?

Superácidos

Pues bien, en el ácido fluoroantimónico podemos considerar que tenemos protones desnudos. Eso hace que tenga una fuerza como ácido extraordinaria. La acidez de Hammett del fluoroantimónico es del orden de 1019 veces superior a la del ácido sulfúrico puro. En general, los ácidos mas fuertes que el sulfúrico al 100% se denominan superácidos. El fluoroantimónico es el superácido más fuerte que se conoce.

Los superácidos más fuertes se suelen preparar combinando un ácido de Lewis con un ácido de Brønsted, ambos fuertes. Recordemos que un ácido de Lewis es una especie que tiende a tomar pares de electrones de otra, mientras que un ácido de Brønsted es aquel capaz de ceder protones (H+).

En el caso del ácido fluoroantimónico, el compuesto se obtiene mezclando fluoruro de hidrógeno (HF) y pentafluoruro de antimonio. (SbF5). El primero actúa como ácido de Brønsted al disociarse en F y H+; pero el F tiene un par de electrones que los comparte con el antimonio del SbF5, formándose SbF6. (De este modo, el SbF5 ha actuado como ácido de Lewsis.) Por su parte, el protón se queda solo, prácticamente desnudo:

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El ácido fluoroantimónico tiene la propiedad de protonar a casi todos los compuestos orgánicos, formando en muchos casos los llamados carbocationes (compuestos con un átomo de carbono que porta una carga positiva). A pesar de su alta acidez hay compuestos a los que no ataca, como el polímero politetrafluoroetileno o teflón, que se utiliza para contenerlo.

Ácido mágico

imageHay otros superácidos de menor fuerza pero también muy usados. Uno es el “ácido mágico”, mezcla de ácido fluorosulfónico (HSO3F) y pentafluoruro de antimonio (SbF5), que tiene una gran capacidad para protonar hidrocarburos, lo que le permite incluso disolver una vela. Por sus estudios sobre este y otros superácidos dieron el premio Nobel en 1994 al químico húngaro George A. Olah.

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