ما هو حمض الفلوروأنتيمونيك

ما هو الحمض

يشير المصطلح `الحمض` إلى أي مادة كيميائية تمتلك القدرة على إعطاء أيون هيدروجين موجب (+H) أو بروتون، أو أي مادة قادرة على تشكيل رابطة تساهمية مع زوج إلكترونات. في القرن السابع عشر، قام الكيميائي روبرت بويل بتصنيف المواد لأول مرة إلى أحماض وقواعد. سميت القواعد بالقلويات، وتم تصنيفها استنادا إلى عدة خصائص. وعرفت الأحماض بأنها مواد تتميز بطعم حامضي وتتسبب في تآكل المعادن وتحويل لون ورق البنفسج إلى اللون الأحمر. وذكر أن الأحماض تفقد حموضيتها عند مزجها مع القواعد.

أقوى حمض في العالم

حمض الفلوروأنتيمونيك HSbF6 هو أقوى حمض في العالم، ويتألف من مزيج من فلوريد الهيدروجين وخماسي فلوريد الأنتيمون بنسب مختلفة. ويعد هذا الحمض أقوى الأحماض الفائقة المعروفة، وأثبتت الأبحاث المعملية أنه يمكنه تحمل الكربوهيدرات وH2 وحتى الهيدروكربونات، ويأتي في المرتبة الأولى في قائمة أقوى الأحماض على الإطلاق، وليس ضمن ترتيب الأحماض المعدنية من حيث القوة بل ينتمي إلى الأحماض الفائقة. ويعد أقوى من حمض الكبريتيك بمعدل (2×1019)، ويمكنه إذابة الزجاج والعديد من المواد الأخرى، كما أنه قادر على إذابة أي مادة عضوية تقريبا. وبسبب قدرته الكبيرة على الذوبان، يتم تحضيره في خواص خاصة، ويجب حفظه فقط في أواني مصنوعة من “البولي تترا فلوروايثيلين” أو التفلون، حيث إنه سريع الذوبان في الماء وعند ملامسته للماء يتفكك بسرعة بطريقة أنفجارية.

خواص حمض الفلوروأنتيمونيك الفائق

• يعتبر حمض الفلوروأنتيمونيك من الأحماض القوية والخطيرة، ولكنه ليس الوحيد المنافس، حيث يوجد أحماض أخرى مثل حمض الكاربورانيو الذي يختلف عنه في أنه أكثر أمانًا على الجلد البشري. وإذا تعرضت لحمض الفلوروأنتيمونيك، فسوف يؤدي ذلك إلى تآكل الجلد حتى العظم.
• يعتبر هذا الحمض، مثل جميع الأحماض، متبرعًا بالبروتون، مما يزيد من تركيز أيونات H والهيدرون عندما يتم إضافته إلى الماء، ويتميز هذا الحمض بقدرته على التبرع بالبروتونات بشكل أكثر فاعلية من حمض الكبريتيك النقي.
• عند ملامسة حمض الفلوروأنيمونيك للماء، يتفاعل بشدة أو يتفكك بشكل انفجاري بسرعة.
• عندما يتم تسخينها، تتحلل وتطلق الفلورين السام.
• رغم خطورته، يمكن تخزينه في حاويات بلاستيك لتجنب التعرض له.
• تعتبر تفاعل فلوريد الهيدروجين HF وSbF5 طاردًا للحرارة.
• حمض الفلوروأنتيمونيك أقوى بمقدار 2 × 1019 مرة من حمض الكبريتيك.
• لا يمكن استخدام حمض الفلوروأنتيمونيك في محلول مائي لأنه يتفاعل بسرعة وبشكل متفجر عند ملامسته للماء، ويجب استخدامه فقط في محلول حمض الهيدروفلوريك.
• يتطور حمض الفلوروأنتيمونيك أبخرة شديدة السمية، ويتحلل عند زيادة درجة الحرارة لينتج غاز الفلوريد الهيدروجين وحمض الهيدروفلوريك.
•  يستطيع حليب الزجاج إذابة الزجاج والعديد من المواد الأخرى، كما يطرد جميع المركبات العضوية في أي شيء يلامسه.

 استخدامات حمض الفلوروأنتيمونيك

رغم أنه سام وخطير للغاية، إلا أن خصائصه القصوى تجعله مهمًا، ومن بين استخداماته:

• يستخدم حمض الفلورورانتيمونيك في مجالات الكيمياء العضوية والهندسة الكيميائية لتفاعله مع بروتونات المركبات العضوية، ويمكن استخدام حمض الفلورورانتيمونيك في إزالة الميثان من النيوبنتان وإزالة H2 من الأيزوبيوتان، على سبيل المثال.
• يتم استخدام حمض الفلورورانتيمونيك كعامل حفاز لإكسيلات وألكيلات في صناعة البتروكيماويات.
• عمومًا، يمكن استخدام الأحماض الفائقة لتجميع ووصف الكربوهيدرات، وكما تم ذكره، يندرج حمض الفلورورأنتيمونيك ضمن هذه الأحماض الفائقة.

التفاعل بين حمض الهيدروفلوريك وأنتيمون الخماسي

ينتج التفاعل بين خماسي فلوريد الأنتيمون وفلوريد الهيدروجين حامض الفلوروأنتيمونيك، وهو تفاعل طارد للحرارة، وتكون معادلته كما يلي:

HF + SbF5 → H + SbF6-

يتصل أيون الهيدروجين (البروتون) بالفلور عبر رابطة ضعيفة للغاية ثنائية القطب، وتنشأ هذه الرابطة الضعيفة بسبب الحموضة الشديدة لحمض الفلوروأنتيمونيك، ويعتبر هذا التفاعل بمثابة تصريح يسمح للبروتون بالقفز بين مجموعات الأنيون.

سبب أن حمض الفلوروأنتيمونيك فائق الحموضة

السبب في حموضة حمض الفلوروأنتيمونيك أن لديه وظيفة حموضة الحمض أقل من -12، وظيفة الحموضة Hammet للحامض الفلورانتيكوني إلى H0 = -28؛ وفي العموم يصنف الحمض ضمن الأحماض الفائقة عندما يكون حمض أقوى من حمض الكبريتيك النقي H2SO4، ويعني هذا أن الحمض الفائق يتبرع بمزيد من أيونات الهيدروجين أو البروتونات في الماء.

الأحماض الفائقة

تتضمن قائمة الأحماض الفائقة أحماض فائقة تسمى أحماض الكاربورنين (carborane) وحمض الفلوروسولفوريك HFSO3، وأقوى حمض منفرد في العالم يعتبر الحمض الأميني الفائق الكاربوران، لأن حمض الفلوروأنتيمونيك هو خليط من خماسي فلوريد الأنتيمون وحمض الهيدروفلوريك، أما حمض Carborane الرقم الهيدروجيني الخاص به من -18، وهذا يجعله غير أمن على جلد الإنسان وعلى النقيض حمض الفلوروسلفوريك وحامض الفلوروانتيمونيك، فإن أحماض الكاربوران يمكن معالجتها بيدك دون عازل، ولأنه أمن أستخدم التفلون الذي هو من مشتقاته، فأستخدم  في أواني الطهي على كاربورانت وهو طلاء غير لاصق والتي تسمى تيفال، وعلى طالب الكيمياء أن يعرف أن أحماض الكاربوران غير شائعة نسبياً ، وليس سهلاً أن يصادفها .

هل الحمض القوي هو الحمض المركز

بشكل رئيسي تتكون الأحماض من:

• مجموعتين من الأحماض الضعيفة والأحماض القوية.
• يمكن أن تكون هذه الأحماض مركزة أو مخففة.

نظرية أرهينيوس Arrhenius Theory

في عام 1887 قدم العالم السويدي سفانتي أرينيوس للمجتمع العلمي نظرية أرهينيوس تنص على أن الأحماض هي مواد تنفصل في الماء لكى تنتج ذرات أو جزيئاتلها شحنة كهربية، وقال عنها أنها نظرية لتعريف الحوامض والقواعد، حيث ذكر أرهينيوس في تعريفه للحمض بأنه المادة التي ينتج من تفككها في محاليل مائية البروتون ⁺H، بينما عرف القاعدةعلى أنها تلك المادة التي عندما تتفكك في المحاليل المائية ينتج أيون الهيدروكسيل ⁻OH.

وفقًا لنظرية أرهينيوس، فإن قوة الحمض أو القاعدة في المحلول المائي تعتمد على قدرتها على التفكك، ويتم تحديد مدى تفكك الحمض أو القاعدة كاملاً أم لا لتحديد ما إذا كان الحمض أو القاعدة قوياً أم لا.

ولتلك النظرية عيوب هى:

• اشتراطها أنه عند تفكك الحمض فإنه ينتج البروتون ⁺H، ومع التطور العلم أثبت أن هذا غير صحيح، لأن البروتون لا يتحرك في المحلول المائي بشكل مستقل بل يكون ملتصقا بجزيء الماء فينتج عن ذلك تكون أيون الهيدرونيوم ⁺H₃O.
•  ومن عيوب هذه النظرية الأخرى أنها افترضت أن القاعدة، عند تفككها، تنتج أيون الهيدروكسيل -OH، ولكن التقدم العلمي أثبت أن هذا ليس صحيحا بالضرورة، حيث توجد قواعد لا تكون أيونات الهيدروكسيل في وسطها غير المائي، مثل الأمونيا التي تتفاعل مع حمض الكلوريد دون أن تفقد خواصها الحمضية وبدون ظهور أيونات الهيدروكسيل، كما يتضح في التفاعل التالي: HCl + NH3 → NH+ + Cl-، وبواسطة نظرية أرهينيوس يتم شرح السلوك الحمضي للعديد من الأحماض المعروفة عن طريق قدرتها على إنتاج الهيدروكسيد وأيونات الهيدروجين على التوالي في المحلول.