Jaki jest związek między kwasem octowym a kwasem siarkowym?
Kwas octowy i kwas siarkowy są odpowiednio organicznym kwasem karboksylowym i kwasem nieorganicznym lub „mineralnym”. Połączenie lodowatego kwasu octowego i kwasu siarkowego, jednego z najsilniejszych prostych kwasów, zaowocowało jednym z dwóch najwcześniejszych znanych „superkwasów”. Termin „superkwas” został wprowadzony przez chemików Hall i Conanta w 1927 r. I z definicji odnosi się do dwóch grup. Każdy kwas silniejszy niż 100 procent kwasu siarkowego jest superkwasem odmiany Brönsted, podczas gdy każdy kwas mocniejszy niż bezwodny trichlorek glinu jest superkwasem odmiany Lewis. Połączenie kwasów z tych dwóch grup zaowocowało najsilniejszymi znanymi superkwasami, w tym słynnym „magicznym kwasem” składającym się z kwasu fluorosulfonowego i pentafluorku antymonu.
Ponieważ jest to umiarkowanie słaby kwas, może się wydawać, że połączenie kwasu octowego i kwasu siarkowego powinno dać płyn o pośredniej kwasowości. Nie dzieje się tak, ponieważ działanie to nie skutkuje jedynie stworzeniem rozwiązania; raczej zachodzi reakcja między dwiema substancjami. Aby jak najlepiej zrozumieć reakcję między kwasem octowym i kwasem siarkowym, konieczne jest ścisłe skupienie się na faktycznej strukturze grupy karboksylowej.
Atomy tlenu w grupie karboksylowej (-COOH), chociaż są przyciągane sąsiadująco, nie są ze sobą związane. W rzeczywistości najbardziej wysunięty na lewo atom tlenu jest związany tylko z atomem węgla, tworząc grupę karbonylową (-C = O), podczas gdy prawy tlen jest związany tylko z atomami węgla i wodoru, -C-OH. Umożliwia nam to wizualizację reakcji CH 3 COOH + H 2 SO 4 → CH 3 C (OH) 2 + . W celu wyjaśnienia tę strukturę można również zapisać: CH 3 C (OH) (OH). Teoretycznie cząsteczka kwasu octowego protonowana przez kwas siarkowy spowodowałaby wytwarzanie HSO 4 - , podczas gdy jeśli druga cząsteczka kwasu octowego jest protonowana przez ten pozostały anion wodorosiarczanowy, mechanizm to CH3 COOH + HSO 4 - → CH 3 CO (OH) 2 + SO 4 -2 .
Uważa się, że po protonowaniu struktura ta zmienia się na różne sposoby, w tym przywraca grupę karbonylową, przy czym druga gałąź zmienia się w -C-OH2 + . Zmodyfikowane struktury kwasu octowego w takiej czy innej formie zjednoczyłyby się w segmentach podobnych do polimeru z jedną z trzech substancji - cząsteczkami kwasu siarkowego, HSO 4 - jonami lub jonami SO 4 -2 . Zdecydowanie ustalono, że stosunek stechiometryczny kwasu octowego i kwasu siarkowego dla najlepszego zachowania superkwasu wynosi w fazie protonacji 2: 1. Na poziomie formowania produktu końcowego lub segmentu stosunek zmienia się na 2: 3.