सुपर एसिड

रसायन विज्ञान में, एक सुपर एसिड(अम्ल) (मूल परिभाषा के अनुसार) एक अम्ल होता है जिसकी अम्लता 100% शुद्ध सल्फ्यूरिक अम्ल(H2SO4) से अधिक होती है, जिसमें -12 का हैमेट अम्लता समारोह (H0) होता है। आधुनिक परिभाषा के अनुसार, एक सुपर अम्ल ऐसा माध्यम है जिसमें शुद्ध सल्फ्यूरिक अम्ल की तुलना में प्रोटॉन की रासायनिक क्षमता अधिक होती है। व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सुपर एसिड्स में ट्राइफ्लोरोमेथेनेसल्फ़ोनिक अम्ल(CF3SO3H), ट्राइफ्लिक अम्ल और फ्लोरोसल्फ्यूरिक अम्ल(HSO3F) के रूप में भी जाना जाता है| दोनों सल्फ्यूरिक अम्ल की तुलना में लगभग एक हजार गुना अधिक मजबूत हैं (अर्थात अधिक नकारात्मक मान H0) । सबसे मजबूत सुपरएसिड मजबूत लुईस एसिड(अम्ल)और एक मजबूत ब्रोंस्टेड एसिड(अम्ल)के संयोजन से तैयार होते हैं। इस तरह का एक मजबूत सुपर एसिड(अम्ल) फ्लोरोएंटिमोनिक अम्ल है। सुपर एसिड्स के एक अन्य समूह, कार्बोरेन अम्ल समूह में कुछ सबसे मजबूत ज्ञात अम्ल होते हैं। अंत में, जब निर्जल अम्ल के साथ उपचार किया जाता है, तो जिओलाइट्स (सूक्ष्म छिद्रपूर्ण एल्युमिनोसिलिकेट खनिज) में उनके छिद्रों के भीतर अतिअम्लीय स्थल होंगे। इन सामग्रियों का उपयोग बड़े पैमाने पर पेट्रोकेमिकल उद्योग द्वारा ईंधन बनाने के लिए हाइड्रोकार्बन के उन्नयन में किया जाता है।

इतिहास
सुपर एसिड(अम्ल) शब्द मूल रूप से जेम्स ब्रायंट कॉनेंट द्वारा 1927 में उन अम्ल का वर्णन करने के लिए गढ़ा गया था जो पारंपरिक खनिज अम्ल से अधिक मजबूत थे। इस परिभाषा को 1971 में रोनाल्ड गिलेस्पी द्वारा परिष्कृत किया गया था,   100% सल्फ्यूरिक एसिड (−11.93) की तुलना में H0 मान वाले किसी भी एसिड के रूप में। जॉर्ज ए. ओलाह ने एंटीमनी पेंटाफ्लोराइड (SbF) और फ्लोरोसल्फोनिक अम्ल(FSO3H) को मिलाकर हाइड्रोकार्बन पर हमला करने की क्षमता के लिए तथाकथित "जादू अम्ल" तैयार किया। क्रिसमस पार्टी के बाद जादू अम्ल नमूने में एक मोमबत्ती रखे जाने के बाद नाम गढ़ा गया था। मोमबत्ती घुल गई, जो अम्ल की अल्केन्स को प्रोटोनेट करने की क्षमता दिखाती है, जो सामान्य अम्लीय परिस्थितियों में किसी भी हद तक प्रोटोनेट नहीं करती है।

140°C (284°F) पर, FSO3H-SBF5 मीथेन को तृतीयक-ब्यूटिल कार्बोकेशन देने के लिए प्रोटोनेट करता है, एक प्रतिक्रिया जो मीथेन के प्रोटोनेशन से शुरू होती है:
 * CH4 + H+ →
 * →  + H2
 * + 3CH4 → (CH3)3C+ + 3H2

सुपर एसिड्स के सामान्य उपयोगों में कार्बोकेशन बनाने, बनाए रखने और उनकी विशेषता के लिए एक वातावरण प्रदान करना शामिल है। कार्बोकेशन कई उपयोगी प्रतिक्रियाओं जैसे कि प्लास्टिक बनाने और उच्च-ऑक्टेन गैसोलीन के उत्पादन में मध्यवर्ती होते हैं|

अत्यधिक अम्ल शक्ति की उत्पत्ति
परंपरागत रूप से, सुपर एसिड्स को ब्रोंस्टेड अम्ल को लुईस अम्ल के साथ मिलाकर बनाया जाता है। लुईस अम्ल का कार्य ब्रोंस्टेड अम्ल के पृथक्करण पर बनने वाले आयनों को बांधना और स्थिर करना है, जिससे समाधान से एक प्रोटॉन स्वीकर्ता को हटा दिया जाता है और समाधान की प्रोटॉन दान करने की क्षमता को मजबूत किया जाता है। उदाहरण के लिए, फ्लोरोएंटिमोनिक एसिड, नाममात्र -21 से कम H0 के साथ समाधान उत्पन्न कर सकता है, जो इसे 100% सल्फ्यूरिक अम्ल से एक अरब गुना अधिक प्रोटोनेटिंग क्षमता प्रदान करता है। फ्लोरोएन्टिमोनिक अम्ल निर्जल  हाइड्रोजिन फ्लोराइड (HF) में एंटीमनी पेंटाफ्लोराइड (SbF5) को घोलकर बनाया जाता है। इस मिश्रण में, HF अपने प्रोटॉन (H+) सहवर्ती को एंटीमनी पेंटाफ्लोराइड द्वारा एफ- के बंधन से मुक्त करता है। परिणामी ऋणायन  आवेश को प्रभावी रूप से विस्थानीकृत करता है और इसके इलेक्ट्रॉन युग्मों को मजबूती से पकड़ता है, जिससे यह एक अत्यंत खराब नाभिकस्नेही और क्षार बन जाता है। घोल में प्रोटॉन स्वीकर्ता (और इलेक्ट्रॉन जोड़ी दाताओं) (ब्रोंस्टेड या लुईस क्षार) की कमजोरी के कारण मिश्रण की असाधारण अम्लता होती है। इस वजह से, फ्लोरोएन्टिमोनिक अम्ल और अन्य सुपर एसिड्स में प्रोटॉन को लोकप्रिय रूप से नग्न के रूप में वर्णित किया जाता है, जिसे आमतौर पर हाइड्रोकार्बन के C-H बॉन्ड जैसे प्रोटॉन स्वीकार्य नहीं माना जाता है। हालांकि, सुपर एसिडिक समाधानों के लिए भी, संघनित चरण में प्रोटॉन अनबाउंड होने से बहुत दूर हैं। उदाहरण के लिए, फ्लोरोएंटिमोनिक अम्ल में, वे हाइड्रोजन फ्लोराइड के एक या एक से अधिक अणुओं से बंधे होते हैं। हालांकि हाइड्रोजन फ्लोराइड को आमतौर पर एक असाधारण रूप से कमजोर प्रोटॉन स्वीकर्ता के रूप में माना जाता है (हालांकि SBF6- की तुलना में कुछ हद तक बेहतर है), इसके प्रोटोनेटेड रूप का पृथक्करण, फ्लोरोनियम आयन H2F+ से HF और वास्तव में नग्न H+ अभी भी एक अत्यधिक एंडोथर्मिक प्रक्रिया है (ΔG° = +113 kcal/mol), और संघनित चरण में प्रोटॉन की नग्न या अनबाउंड के रूप में कल्पना करना, प्लाज्मा में आवेशित कणों की तरह, अत्यधिक गलत और भ्रामक है।

हाल ही में, कार्बोरेन अम्ल को एकल घटक सुपर एसिड्स के रूप में तैयार किया गया है जो कार्बोनेट आयनों की असाधारण स्थिरता के लिए अपनी ताकत का श्रेय देते हैं, तीन आयामी सुगन्धितता द्वारा स्थिर किए गए आयनों का एक परिवार, साथ ही साथ इलेक्ट्रॉन-निकासी समूह द्वारा विशेष रूप से जुड़ा हुआ है।

सुपर एसिड्स में, प्रोटॉन को प्रोटॉन स्वीकर्ता से प्रोटॉन स्वीकर्ता तक ग्रोथथस तंत्र के माध्यम से हाइड्रोजन बॉन्ड के माध्यम से सुरंग द्वारा तेजी से बंद किया जाता है, जैसे कि अन्य हाइड्रोजन-बंधित नेटवर्क में, जैसे पानी या अमोनिया।

अनुप्रयोग
पेट्रोरसायनिकी में, सुपर एसिडिक मीडिया को उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से अल्काइलेशन के लिए। विशिष्ट उत्प्रेरक टाइटेनियम और ज़िरकोनियमके सल्फेटेड ऑक्साइड या विशेष रूप से उपचारित एल्यूमिना या जिओलाइट्स हैं। ठोस अम्लों का उपयोग बेंजीन को एथीन और प्रोपीन के साथ अल्काइलेटिंग के साथ-साथ कठिन एसाइलेशन के लिए किया जाता है, जैसे क्लोरोबेंजीन।

उदाहरण
निम्नलिखित मान कई सुपर एसिड्स के लिए हैमेट अम्लता कृत्य दिखाते हैं, जिनमें सबसे मजबूत फ्लोरोएंटिमोनिक अम्ल है। बढ़ी हुई अम्लता H0 के छोटे (इस मामले में, अधिक नकारात्मक) मूल्यों द्वारा इंगित की जाती है|
 * फ्लोरोएंटिमोनिक अम्ल ( HF:SbF5, H0-21 और -23 के बीच)
 * मैजिक अम्ल (HSO3F:SbF5, H0 = −19.2)
 * ट्राइफ्लिडिक अम्ल (CH(CF3SO2)3, H0 = −18.6)
 * कार्बोरेन अम्ल (H(HCB11X11), H0 ≤ −18, अप्रत्यक्ष रूप से निर्धारित और प्रतिस्थापन पर निर्भर करता है)
 * फ्लोरोबोरिक अम्ल (HF:BF3, H0 = −16.6)
 * फ्लोरोसल्फ्यूरिक अम्ल (FSO3H, H0 = −15.1)
 * हाइड्रोजन फ्लोराइड (HF, H0 = −15.1)
 * ट्राइफ्लिक अम्ल (HOSO2CF3, H0 = −14.9)
 * परक्लोरिक तेजाब (HClO4, H0 = −13)
 * सल्फ्यूरिक अम्ल (H2SO4, H0 = −11.9)

यह भी देखें

 * सुपर क्षार
 * अम्ल पृथक्करण स्थिरांक