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王水的起源

编辑:天下发布时间:2022-02-04

王水(aqua regia)又称“王酸”、“硝基盐酸”。是一种腐蚀性非常强、冒黄色雾的液体,是浓盐酸(HCl)和浓硝酸(HNO₃)按体积比为3:1组成的混合物。它是少数几种能够溶解金(Au)的液体之一,它名字正是由于它的腐蚀性之强而来。化学式为HNO3·3HCl。

王水一般用在蚀刻工艺和一些检测分析过程中,不过一些金属单质如钽(Ta)、铱(Ir),蜡烛等高级烷烃,有机物中的塑料之王——聚四氟乙烯,硅(Si)等物质不受王水腐蚀,而无机盐如硫化亚铂、硫酸钡也不溶于王水。

王水极易变质,有氯气的气味,因此必须现配现使用。

起源

约800年,波斯人炼金术士贾比尔·伊本·哈扬(Jabir ibn Hayyan)将盐酸与硝酸混合在一起发现了能够溶解金的王水。

王水是由1单位体积的浓硝酸和3单位体积的浓盐酸混合而成的(严格地说是在制取混酸所用的溶质HCl和HNO₃的物质的量之比为3:1)。盐酸含量22.8~25.8%,硝酸含量2.5~3.1%。王水的氧化能力极强,曾被误认为是酸中之王(实际上王水只是腐蚀性强,而酸性比浓硫酸还弱)(直到超强酸的发现,才知道王水是小巫见大巫)。

一些不溶于硝酸的金属,如金、铂等都可以被王水溶解(铂必须被加热才能缓慢反应,铂金反应很慢基本肉眼难以观察到)。但可溶于硝酸的银反而在王水中溶解度更小(因为生成难溶的氯化银氧化膜,而氯化银与氯离子络合生成AgCl₂⁻的量有限)。

王水同时具有硝酸的氧化性和氯离子的强配位能力,因此可以溶解金、铂等不活泼金属。浓盐酸的加入并不是增强了硝酸的氧化性,而是增强了金属的还原能力。Au(金)与HCl氯化氢配位形成HAuCl4四氯合金酸,增强了金属的还原能力,使硝酸氧化金变得可能。

配比条件

两种酸都是强酸。其中一种是配合性强的酸,保证大量的Cl-(Cl-有一定的络合性),F-虽然表现为更强的金属配合性,但是HF在水中难以完全电离,难以保证大量F-的存在。Br-太容易被氧化,难以保证整个溶液强有力的氧化性。所以必须用盐酸。而一种酸氧化性必须适中,要足够强,但是不能太强。太强,把Cl-大量氧化了就丧失了第二个条件,而浓硝酸刚好是常见酸中满足这个条件的。

这两种最常见的酸配伍可以说是天作之合。但是硝酸其实可以用与硝酸氧化性相近的硒酸(H2SeO4)和碲酸(H6TeO6)代替,虽然并不常见,但是却和硝酸有一样的效用。好处是还原产物(H2EO3或EO2(E=Se,Te))不是气体,不会造成气体中毒,反应产物全部在溶液中。

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