Fluorsulfonsäure

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

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]

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

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]

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]

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.

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.