Царская водка - Aqua regia
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК гидрохлорид азотной кислоты | |
Другие имена
| |
| Идентификаторы | |
3D модель (JSmol ) | |
PubChem CID | |
| UNII | |
| |
| Характеристики | |
| HNO3+3 HCl | |
| Внешность | Красная, желтая или золотая дымящаяся жидкость |
| Плотность | 1,01–1,21 г / см3 |
| Температура плавления | -42 ° С (-44 ° F, 231 К) |
| Точка кипения | 108 ° С (226 ° F, 381 К) |
| Смешиваемый | |
| Давление газа | 21 мбар |
| Опасности | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
| Ссылки на инфобоксы | |
Царская водка (/ˈрeɪɡяə,ˈряdʒяə/; из латинский, горит "царственная вода" или "королевская вода") смесь из азотная кислота и соляная кислота, оптимально в коренной зуб соотношение 1: 3.[заметка 2] Царская водка - это дымящаяся жидкость желто-оранжевого (иногда красного цвета), названная так алхимики потому что он может растворить благородные металлы золото и платина Хотя не все металлы.
Производство и разложение
При смешивании концентрированной соляной кислоты и концентрированной азотной кислоты происходят химические реакции. В результате этих реакций образуются летучие продукты. нитрозилхлорид и хлор газ:
- HNO3 (водн.) + 3 HCl (водн.) → NOCl (грамм) + Cl2 (грамм) + 2 часа2О (l)
о чем свидетельствует дымящаяся природа и характерный желтый цвет царской водки. Когда летучие продукты выходят из раствора, царская водка теряет свою эффективность. Нитрозилхлорид может далее разлагаться на оксид азота и хлор:
- 2 NOCl (грамм) → 2 НЕТ (грамм) + Cl2 (грамм)
Эта диссоциация ограничена равновесием. Таким образом, помимо нитрозилхлорида и хлора, пары царской водки содержат оксид азота. Поскольку оксид азота легко реагирует с атмосферным кислород, выделяемые газы также содержат диоксид азота, НЕТ2:
- 2 НЕТ (грамм) + O2 (грамм) → 2 НЕТ2 (грамм)
Приложения
Царская водка в основном используется для производства хлористоводородная кислота, то электролит в Процесс Вольвилла для рафинирования высочайшего качества (99,999%) золото.
Царская водка также используется в травление и в частности аналитические процедуры. Он также используется в некоторых лабораториях для очистки изделия из стекла из органические соединения и металлические частицы. Этот метод более предпочтителен перед более традиционными. хромовая кислота ванна для чистки ЯМР-трубки, потому что никаких следов парамагнитных хром может остаться испортить спектры.[1] В то время как ванны с хромовой кислотой не рекомендуются[согласно кому? ] из-за высокая токсичность хрома и потенциальная опасность взрыва, царская водка сама по себе очень коррозионная и была причастна к нескольким взрывам из-за неправильного обращения.[2]
Из-за реакции между его компонентами, приводящей к разложение, царская водка быстро теряет свою эффективность (но остается сильной кислотой), поэтому ее компоненты обычно смешиваются только непосредственно перед употреблением.
Хотя местные правила могут отличаться, царскую водку можно утилизировать осторожно. нейтрализация, прежде чем вылить в раковину. Если есть загрязнение растворенными металлами, нейтрализованный раствор следует собрать для утилизации.[3][4]
Химия
Растворение золота
Царская водка растворяется золото, хотя ни одна из составляющих кислот не справится с этой задачей по отдельности, потому что в комбинации каждая кислота выполняет разные задачи. Азотная кислота - мощный окислитель, который на самом деле растворяет практически незаметное количество золота, образуя золото. ионы (Au3+). Соляная кислота обеспечивает готовый запас ионов хлора (Cl−), которые реагируют с ионами золота с образованием тетрахлораурата (III) анионы, также в растворе. Реакция с соляной кислотой является равновесной реакцией, которая способствует образованию хлораурат-анионов (AuCl4−). Это приводит к удалению ионов золота из раствора и позволяет дальнейшее окисление золота. Золото растворяется, чтобы стать хлористоводородная кислота. Кроме того, золото может растворяться хлором, присутствующим в царской водке. Подходящее уравнения находятся:
- Au + 3HNO
3 + 4 HCl [AuCl
4]−
+ 3 [НЕТ
2] + [ЧАС
3O]+
+ 2 ЧАС
2О
- или же
- Au + HNO
3 + 4 HCl [AuCl
4]−
+ [НЕТ] + [ЧАС
3O]+
+ ЧАС
2О.
Если раствор царской водки содержит только золото, твердый тетрахлорозавровая кислота может быть получен путем выпаривания избытка царской водки и удаления остаточной азотной кислоты путем многократного нагревания с соляной кислотой. На этом этапе уменьшается азотная кислота (см. разложение царской водки ). Если требуется элементарное золото, его можно выборочно восстановить с помощью диоксид серы, гидразин, Щавелевая кислота, так далее.[5] В уравнение для восстановления золота диоксидом серы составляет:
- 2 AuCl−
4 (водн.) + 3 ТАК
2(грамм) + 6 ЧАС
2О (l) → 2 Au (s) + 12 ЧАС+
(водн.) + 3 ТАК2−
4(водн.) + 8 Cl−
(водн.).
Растворение платины
Аналогичные уравнения можно записать для платина. Как и в случае с золотом, реакция окисления может быть записана с оксидом азота или диоксидом азота в качестве продукта оксида азота:
- Pt (s) + 4 НЕТ−
3 (водн.) + 8 часов+ (водн.) → Pt4+ (водн.) + 4 НЕТ2 (грамм) + 4 часа2О (l)
- 3Pt (s) + 4 НЕТ−
3 (водн.) + 16 часов+ (водн.) → 3Pt4+ (водн.) + 4 НЕТ (грамм) + 8 часов2О (l).
Затем окисленный ион платины вступает в реакцию с ионами хлора, в результате чего образуется ион хлороплатината:
- Pt4+ (водн.) + 6 Cl− (водн.) → PtCl2−
6 (водн.).
Экспериментальные данные показывают, что реакция платины с царской водкой значительно сложнее. В начальных реакциях образуется смесь платинохлористоводородной кислоты (H2PtCl4) и нитрозоплатиновый хлорид ((NO)2PtCl4). Хлорид нитрозоплатины - твердый продукт. Если желательно полное растворение платины, необходимо выполнить повторные экстракции остаточных твердых веществ концентрированной соляной кислотой:
- 2Pt (s) + 2HNO3 (водн.) + 8 HCl (водн.) → (НЕТ)2PtCl4 (s) + H2PtCl4 (водн.) + 4 часа2О (l)
и
- (НЕТ)2PtCl4 (s) + 2 HCl (водн.) ⇌ H2PtCl4 (водн.) + 2 NOCl (грамм).
Платинохлористоводородная кислота может окисляться до платинохлористоводородная кислота путем насыщения раствора хлором при нагревании:
- ЧАС2PtCl4 (водн.) + Cl2 (грамм) → H2PtCl6 (водн.).
Растворение твердых частиц платины в царской водке было способом открытия самых плотных металлов, иридий и осмий Оба эти вещества содержатся в платиновой руде и не растворяются кислотой, а накапливаются на дне сосуда.
(четыре дня спустя).
Осаждение растворенной платины
На практике, когда металлы платиновой группы очищают путем растворения в царской водке, золото (обычно связанное с МПГ) осаждается обработкой хлорид железа (II). Платина в фильтрате в виде гексахлороплатината (IV) превращается в гексахлороплатинат аммония путем добавления хлорид аммония. Эта соль аммония крайне нерастворима, и ее можно отфильтровать. Воспламенение (сильный нагрев) превращает его в металлическую платину:[6]
- 3 (NH4)2PtCl6 → 3 Pt + 2 N2 + 2 NH4Cl + 16 HCl
Неосажденный гексахлороплатинат (IV) восстанавливается элементарной цинк, и аналогичный метод подходит для мелкомасштабного извлечения платины из лабораторных остатков.[7]
Реакция с оловом
Царская водка реагирует с банка формировать хлорид олова (IV), содержащий олово в его высшей степени окисления:
- 4 HCl + 2 HNO3 + Sn → SnCl4 + НЕТ2 + NO + 3 H2О
Реакция с другими веществами
Он может реагировать с железный пирит формировать Хлорид железа (III):
- FeS2 + 5 HNO3 + 3 HCl → FeCl3 + 2 часа2ТАК4 + 5 НО + 2 ч2О
История
Царская водка впервые упоминается в произведениях Исламские алхимики Такие как Мухаммад ибн Закария ар-Рази (854-925),[8] а затем упоминается в работе Псевдо-Гебер (ок. 1300 г.).[9] Третий из Василий Валентин «Ключи» (ок. 1600 г.) изображает дракона на переднем плане и лису, поедающую петуха на заднем плане. Петух символизирует золото (из-за его ассоциации с восходом солнца и ассоциации солнца с золотом), а лиса представляет царскую водку. Повторяющееся растворение, нагревание и повторное растворение (петух ест лису, ест петуха) приводит к накоплению газообразного хлора в колбе. Затем золото кристаллизуется в виде хлорид золота (III), чьи красные кристаллы были известны как кровь дракона.[нужна цитата ] О реакции больше не сообщалось в химической литературе до 1890 года.[9]
Антуан Лавуазье названный царской водкой нитромоляной кислотой в 1789 году.[10]
Когда Германия вторглась в Данию во время Второй мировой войны, венгерский химик Джордж де Хевеши растворил золото Нобелевские премии немецких физиков Макс фон Лауэ (1914) и Джеймс Франк (1925) в царской водке, чтобы помешать нацистам конфисковать их. Правительство Германии запретило немцам принимать или сохранять любую Нобелевскую премию после заключения в тюрьму борца за мир. Карл фон Осецки получил Нобелевскую премию мира в 1935 году. Де Хевеши поместил полученный раствор на полку в своей лаборатории в Институт Нильса Бора. Впоследствии нацисты проигнорировали его, посчитав, что банка - одна из сотен на полках - содержала обычные химические вещества. После войны де Хевеши вернулся, чтобы найти раствор нетронутым, и осаждал золото из кислоты. Золото было возвращено Шведской королевской академии наук и Нобелевскому фонду. Они заново отлили медали и снова вручили их Лауэ и Франку.[11][12]
Смотрите также
- Азотная кислота (также называемый Aqua Fortis)
- Соляная кислота
- Раствор пираньи иногда также используется для мытья посуды.
Примечания
- ^ Информация в информационном окне относится к молярному соотношению 1: 3 между азотная кислота и соляная кислота.
- ^ Относительные концентрации двух кислот в воде различаются; значения могут составлять 65% мас. / об. для азотной кислоты и 35% мас. / об. для соляной кислоты, то есть фактическая HNO3: Массовое соотношение HCl менее 1: 2,
- ^ А платиновая советская памятная монета точнее.
Рекомендации
- ^ Хоффман, Р. (10 марта 2005 г.) Как сделать образец ЯМР, Еврейский университет. Доступ 31 октября 2006 г.
- ^ Американская ассоциация промышленной гигиены, Несчастные случаи в лаборатории: взрывы. Доступ 8 сентября 2010 г.
- ^ Комитет по разумной практике обращения с химическими веществами в лабораториях, их хранения и утилизации, Национальный исследовательский совет (1995 г.). Осмотрительная практика в лаборатории: обращение с химическими веществами и их утилизация (бесплатный полный текст). Национальная академия прессы. С. 160–161.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
- ^ "Царская вода". Руководство по безопасности в лаборатории. Университет Принстона.[постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Реннер, Германн; Шламп, Гюнтер; Холлманн, Дитер; Люшоу, Ханс Мартин; Тьюс, Питер; Ротхаут, Йозеф; Дерманн, Клаус; Knödler, Alfons; и другие. «Золото, золотые сплавы и соединения золота». Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Вайнхайм: Wiley-VCH. Дои:10.1002 / 14356007.a12_499.
- ^ Хант, Л. Б .; Рычаг, Ф. М. (1969). «Платиновые металлы: обзор производственных ресурсов для промышленного использования» (PDF). Обзор платиновых металлов. 13 (4): 126–138.
- ^ Кауфман, Джордж Б .; Тетер, Ларри А.; Рода, Ричард Н. (1963). Извлечение платины из лабораторных остатков. Неорг. Синтезатор. Неорганические синтезы. 7. п. 232. Дои:10.1002 / 9780470132388.ch61. ISBN 9780470132388.
- ^ Ахмад Й. Аль-Хасан, Культурные контакты в построении универсальной цивилизации: вклад ислама, опубликовано O.I.C. Исследовательский центр исламской истории, искусства и культуры в 2005 г. и доступно онлайн в Истории науки и технологий в исламе
- ^ а б Принсипи, Лоуренс М. (2012). Секреты алхимии. Чикаго: Издательство Чикагского университета. ISBN 978-0226682952.
- ^ Лавуазье, Антуан (1790). Элементы химии. в новом систематическом порядке, содержащем все современные открытия. Эдинбург: Уильям Крич. п. 116. ISBN 978-0486646244..
- ^ «Приключения в радиоизотопных исследованиях», Джордж Хевеси
- ^ Биргитта Леммель (2006). «Медали Нобелевской премии и медаль за премию по экономике». Нобелевский фонд.