Quel est le lien entre l'acide acétique et l'acide sulfurique?
L'acide acétique et l'acide sulfurique sont respectivement un acide carboxylique organique et un acide inorganique ou "minéral". La combinaison de l'acide acétique glacial et de l'acide sulfurique, l'un des acides simples les plus puissants, a donné lieu à l'un des deux "superacides" les plus anciens connus. Ce terme, superacide, a été introduit par les chimistes Hall et Conant en 1927 et désigne par définition deux groupes. Tout acide plus fort que 100% d'acide sulfurique est un superacide de la variété de Brönsted, tandis que tout acide plus fort que le trichlorure d'aluminium anhydre est un superacide de la variété de Lewis. La combinaison des acides de ces deux groupes a donné les superacides les plus puissants connus, y compris le fameux "acide magique" composé d'acide fluorosulfonique et de pentafluorure d'antimoine.
Comme il s’agit d’un acide modérément faible, il pourrait sembler que la combinaison d’acide acétique et d’acide sulfurique donne un liquide d’acidité intermédiaire. Ce n'est pas le cas, car cette action n'entraîne pas simplement la formation d'une solution; il se produit plutôt une réaction entre les deux substances. Afin de comprendre la réaction aussi complètement que possible entre l'acide acétique et l'acide sulfurique, il est nécessaire de se concentrer sur la structure même d'un groupe carboxyle.
Les atomes d’oxygène dans le groupe carboxyle (-COOH), bien qu’ils soient attirés de manière adjacente, ne sont pas liés les uns aux autres. En réalité, l'atome d'oxygène le plus à gauche est lié uniquement à l'atome de carbone, formant un groupe carbonyle (-C = O), tandis que l'oxygène de droite est lié uniquement aux atomes de carbone et d'hydrogène, -C-OH. Cela nous permet de visualiser la réaction CH 3 COOH + H 2 SO 4 → CH 3 C (OH) 2 + . Pour plus de clarté, cette structure peut aussi s'écrire: CH 3 C (OH) (OH). En théorie, une molécule d'acide acétique protonée par l'acide sulfurique conduirait à la production de HSO 4 - , alors que si une seconde molécule d'acide acétique est protonée par l'anion bisulfate restant, le mécanisme est CH 3 COOH + HSO 4 - → CH 3 CO (OH) 2 + SO 4 -2 .
Une fois protonée, on pense que cette structure change de différentes manières, notamment en rétablissant un groupe carbonyle, la seconde branche devenant -C-OH 2 + . Les structures modifiées d’acide acétique, sous une forme ou une autre, s’uniraient en segments analogues à des polymères avec l’une des trois substances suivantes: molécules d’acide sulfurique, ions HSO 4 - ou ions SO 4 -2 . Ce qui a été clairement déterminé, c’est que le rapport stœchiométrique de l’acide acétique et de l’acide sulfurique au meilleur comportement des superacides est de 2: 1 lors de la phase de protonation. Au niveau de la formation finale du produit ou du segment, le rapport passe à 2: 3.