Fluorsulfonsäure

Fluorsulfonsäure, auch Fluorschwefelsäure, ist eine chemische Verbindung mit der Summenformel HFSO₃. Die bei Raumtemperatur farblose Flüssigkeit ist eine der stärksten kommerziell verfügbaren Säuren. Das tetraedrisch aufgebaute Molekül kann auch mit der Konstitutionsformel HOSO₂F beschrieben werden, um die Verwandtschaft zur Schwefelsäure (H₂SO₄) zu betonen.

Strukturformel
Allgemeines
Name	Fluorsulfonsäure
Andere Namen	Fluorschwefelsäure Schwefelsäurefluorid Schwefelsäuremonofluorid
Summenformel	HSO3F
Kurzbeschreibung	farblose, stechend riechende Flüssigkeit[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 7789-21-1 EG-Nummer 232-149-4 ECHA-InfoCard 100.029.227 PubChem 24603 ChemSpider 23005 Wikidata Q411017
Eigenschaften
Molare Masse	100,06 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig[1]
Dichte	1,73 g·cm−3 (15 °C)[1]
Schmelzpunkt	−89 °C[1]
Siedepunkt	163 °C[1]
Dampfdruck	15 hPa (50 °C)[1]
Löslichkeit	Zersetzung in Wasser[1]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP),[2] ggf. erweitert[1] Gefahr H- und P-Sätze H: 332​‐​314 P: 261​‐​271​‐​280​‐​303+361+353​‐​304+340+310​‐​305+351+338[1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Geschichte

Fluorsulfonsäure wurde erstmals im Jahr 1892 durch die britischen Chemiker Thomas Edward Thorpe und Walter Kirman aus Schwefeltrioxid und wasserfreien Fluorwasserstoff hergestellt.^[3][4]

Gewinnung und Darstellung

Fluorsulfonsäure wird hergestellt durch die Reaktion von Fluorwasserstoff und Schwefeltrioxid oder Chlorsulfonsäure:

${\displaystyle \mathrm {HF+SO_{3}\longrightarrow HSO_{3}F} }$

${\displaystyle \mathrm {HF+HSO_{3}Cl\longrightarrow HSO_{3}F+HCl} }$

Alternativ kann KHF₂ oder CaF₂ bei 250 °C mit Dischwefelsäure behandelt werden. Einmal befreit von Flusssäure durch Spülung mit einem Inertgas, kann HSO₃F in einem Glasgefäß destilliert werden.

Auch die Herstellung durch Reaktion von Kaliumhydrogendifluorid mit Schwefelsäure und Schwefeltrioxid ist möglich.^[5]

${\displaystyle \mathrm {2\ KHF_{2}+4\ SO_{3}+H_{2}SO_{4}\longrightarrow HSO_{3}F+K_{2}SO_{4}} }$

Chemische Eigenschaften

Fluorsulfonsäure ist löslich in polaren organischen Lösungsmitteln (z. B. Nitrobenzol, Diethylether, Essigsäure und Ethylacetat), aber schlecht löslich in unpolaren Lösungsmittel wie Alkanen. Durch ihre große Stärke löst sie fast alle organischen Verbindungen auf, die auch nur schwache Protonenakzeptoren sind. FSO₃H hydrolysiert langsam zu Flusssäure und Schwefelsäure. Sie reagiert bei Raumtemperatur nicht mit S, C, Se, Te, Pb, Ag, Cu, Zn, Fe, Cr, Mn, dagegen reagiert sie mit Zinn. Mit Wasser reagiert sie explosionsartig. Sie ist bis 900 °C thermisch stabil.^[5] Die ihr ähnliche Trifluormethansulfonsäure CF₃SO₃H ist eine ähnlich starke Säure, aber hydrolytisch stabil.

FSO₃H ist eine der stärksten bekannten einfachen Brønsted-Säuren, obgleich aktuelle Arbeiten über Carboran-Säuren zu stärkeren Säuren geführt haben. Sie hat einen H₀-Wert von −15, verglichen mit −12 für Schwefelsäure. Die Kombination von FSO₃H und der Lewis-Säure Antimon(V)-fluorid ergibt „magische Säure“, die eine noch stärkere Säure ist. Diese Säuren werden als „Supersäuren“ bezeichnet (Säuren, die stärker sind als 100%ige Schwefelsäure).^[6]

Verwendung

Fluorsulfonsäure wird zur chemischen Synthese von Fluorverbindungen, in der Glasindustrie und als Katalysator für chemische Synthesen verwendet. Sie isomerisiert Alkane und katalysiert die Alkylierung von Kohlenwasserstoffen mit Alkenen. Sie kann auch als Fluorierungsmittel und im Gemisch mit Antimonpentafluorid als besonders starkes Protonierungsmittel (magic acid) verwendet werden.^[1]

Sicherheitshinweise

Fluorsulfonsäure ist stark ätzend und greift bei Vorhandensein von Feuchtigkeit oder Wasser Glas und andere siliziumhaltige Materialien sowie die meisten Metalle stark an. Sie hydrolysiert sich unter Abgabe von Flusssäure. Die Zugabe von Wasser zu HSO₃F ist ähnlich gefährlich wie die Zugabe von Wasser zu konzentrierter Schwefelsäure.

Einzelnachweise

1. Eintrag zu Fluorsulfonsäure in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 3. Januar 2023. (JavaScript erforderlich)
2. Eintrag zu Fluorosulphuric acid im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
3. T. E. Thorpe; W. Kirman: Fluorsulphonic acid in J. Chem. Soc. Trans. 61 (1892) 921–924.
4. Rolf Werner Soukup: Chemiegeschichtliche Daten anorganischer Substanzen, Version 2020, S. 55 (PDF).
5. Georg Brauer (Hrsg.), unter Mitarbeit von Marianne Baudler u. a.: Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearbeitete Auflage. Band I, Ferdinand Enke, Stuttgart 1975, ISBN 3-432-02328-6, S. 193.
6. R. J. Gillespie; Fluorosulfuric acid and related superacid media in Acc. Chem. Res. 1 (1968) 202–209.