Gli eteropoliacidi (HPAs) sono degli acidi inorganici forti con ben definite strutture molecolari.
Gli eteropoliacidi sono prodotti condensati costituiti da ossiacidi inorganici di fosforo, silicio, ecc. e da quelli di tungsteno, molibdeno e vanadio.
I metalli anfoteri del gruppo 5 (vanadio, niobio e tantalio) con numero di ossidazione + 5 e del gruppo 6 (cromo, molibdeno e tungsteno) con numero di ossidazione +6, formano acidi deboli che facilmente condensano per formare anioni contenenti diverse molecole dell’anidride acida .
Le anidridi acide possono condensare con altri acidi come acido fosforico o silicico per formare eteropoliacidi.
Le reazioni di condensazione, che avvengono in modo reversibile in soluzione acquosa diluita, comportano la formazione di ponti di ossigeno. Si ha quindi eliminazione dell’acqua da due molecole dell’acido debole.
Esempi sono l’acido fosfotungstico H3PW12O40, acido tungstosilicico H4W12SiO40 e l’acido fosfomolibdico H3PMo12O40
In funzione della loro geometria, sono classificati come Keggin e Wells-Dawson.
Struttura degli eteropoliacidi
L’unità di Keggin è la struttura primaria degli eteropoliacidi e contiene 12 atomi di metalli di transizione normalmente di tungsteno o molibdeno, un atomo centrale (solitamente fosforo o silicio) e quattro tipi di atomi di ossigeno: ossigeni centrali, ossigeni terminali e due tipi di ossigeni ponte. Ha formula generale [XM12O40]n-dove:
X è un eteroatomo come boro, silicio e fosforo
M è un atomo come molibdeno e tungsteno
Un esempio è costituito dall’anione fosfomolibdato PMo12O403- che è la base dell’acido fosfomolibdico H3 PMo12O40 · 12 H2O che si presenta, in genere, sotto forma dodecaidrata
L’unità di Wells-Dawson è più complessa e ha struttura [X2M18O62]6-
Usi
Gli eteropoliacidi sono usati nella catalisi omogenea ed eterogenea e si utilizzano anche come fotocatalizzatori in sistemi omogene . Essi sono acidi molto forti sia allo stato solido che liquido: ad esempio, le loro soluzioni concentrate hanno un’acidità maggiore dell’acido perclorico o dell’acido solforico.
La forte acidità degli eteropoliacidi li rende adatti come catalizzatori per molte reazioni catalizzate da acidi. Gli HPA sono meno corrosivi e producono una quantità inferiore di sottoprodotti rispetto ai catalizzatori acidi convenzionali, come l’acido solforico. Possono quindi essere utilizzati come sostituti in processi eco-friendly.
In qualità di catalizzatori sono usati nelle reazioni organiche come quelle di ossidazione, riduzione, elettrochimiche, multicomponente e fotochimiche