Что такое царская водка в химии

Часто возникает необходимость очистить золото от других металлов, содержащихся в сплаве или в ломе. При получении золота путем цианирования, растворения руды в растворе цианистого калия, в конечном продукте золото также часто оказывается в смеси с серебром и медью.

При необходимости сделать из низкопробного золота высокопробное возникает та же задача — очистить драгметалл от сопутствующих примесей. Классический способ, позволяющий достаточно просто провести очистку, растворение золота в царской водке.

Растворение золота

Самостоятельно приготовленная смесь

Царская водка, или Aqua Regia, это смесь концентрированных азотной и соляной кислот в соотношении 1:3 по объему и примерно 1:2 по массе. Если точнее, 65-68% по массе азотной кислоты (HNO3) и 32-35% соляной кислоты (HCl). Столь странное название этой смеси было дано алхимиками: только эта «водка» обладала способностью растворять «царя металлов» — золото (само слово «водка» в русском научном языке обозначало химическую «воду» — жидкий реактив; за крепким алкогольным напитком этот термин закрепился уже намного позже).

В результате реакции металлического золота с царской водкой образуется комплексное соединение — золотохлористоводородная кислота, или тетрахлораурат водорода. При этом происходит следующая реакция:

Au + HNO3 + 4 HCl = HAuCl4 + NO + 2 H2O.

Исходя из данного химического уравнения и плотности царской водки получается, что для растворения 1 грамма золота нужно минимум 5 мл реактива. При этом на самом деле растворяется золото только в соляной кислоте. Ни азот, ни кислород в состав золотохлористоводородной кислоты не входят. Азотная кислота выступает только как окислитель, катализирующий вступление золота в реакцию. В связи с этим процесс растворения лучше производить следующим образом.

Прежде всего, если мы имеем дело с содержащим золото ломом, нужно с помощью магнита удалить ферромагнитные частицы. После этого максимально очистить золото от примесей с помощью других кислот, прежде всего чистой азотной. Лишь затем можно начинать процесс растворения золота.

Сначала нужно отмерить по 3.75 мл соляной кислоты на каждый грамм золотосодержащего металла и залить его только ей одной. Если при этом начинается более-менее заметная реакция, значит, какие-то примеси уже начали растворяться. Нужно дождаться окончания процесса, слить раствор и залить металл новой порцией соляной кислоты. Теперь нужно начать подогревать емкость с реактивом, понемногу добавляя азотную кислоту из расчета 1.25 мл на 1 грамм металла.

Главное — не переборщить с азотной кислотой, так как при осаждении золота из раствора именно от нее нужно будет наиболее последовательно избавляться. Как только весь металл растворится, следует сразу же перестать добавлять ее в раствор. Притом не обязательно растворится все исходное вещество: серебро, в отличие от золота, в царской водке пассивируется за счет образования плотной хлоридной пленки на поверхности. После того как растворение закончилось, следует продержать раствор нагретым около получаса.

Фильтрование раствора

Теперь настало время отфильтровать раствор. Пока фильтр можно использовать достаточно грубый, а более тонкая очистка произойдет позже.

Полученный в результате осадок

Следует понимать, что сама по себе царская водка — вещество достаточно неустойчивое: соляная и азотная кислоты вступают в реакцию между собой. Изначально прозрачная, она вскоре окрашивается в оранжево-буроватый оттенок оксидов азота, а потом и вовсе теряет окислительные свойства. При этом происходят следующие реакции:

HNO3 + 3 HCl = 2Cl + NOCl + 2H2O

Кроме того, обе кислоты просто испаряются. В связи с этим, целесообразно на этой стадии выдержать раствор около суток, так как это облегчит дальнейший процесс выпаривания азотной кислоты.

При выпаривании следует добавить к раствору небольшое количество серной кислоты, не более 50 мл на литр. Это поможет осадить остаточные количества свинца и хлорида серебра (который, хоть и малорастворим, в небольших количествах в растворе может присутствовать). Кроме того, и процесс выпаривания пойдет быстрее.

Нагревание производится медленно и осторожно. Раствор упаривается до консистенции сиропа (не более!). До кипения доводить нельзя, так как в этом случае нельзя исключать выпадения золота в виде металлического осадка уже на этой стадии.

После добавляем к раствору соляную кислоту до исходного объема и снова упариваем до сиропообразного состояния. Процесс повторяется трижды. Следом за этим жидкость разбавляется в 2 раза холодной водой и оставляется в холоде на сутки. При этом остатки хлорида серебра должны выпасть в осадок: он растворяется только в концентрированной соляной кислоте, и тем лучше, чем выше температура. Соответственно, при падении концентрации и температуры AgCl осаждается. Вот теперь проводится фильтрование «по полной программе»: никакой мути в растворе остаться не должно.

Читайте также:  Социальная реклама против курения

Осаждение золота

Осаждение золота из раствора может производиться с помощью различных реактивов (перекись водорода, щавелевая кислота, сульфит или пиросульфит натрия), но обычно используется железный купорос — сульфат двухвалентного железа FeSO4. При этом происходит следующая реакция:

HAuCl4 + 3FeSO4 = Fe2(SO4)3 + FeCl3 + HCl + Au.

Железного купороса нужно брать не менее 13 г на 1 г предполагаемого конечного продукта. Достаточно развести сульфат железа теплой водой с небольшим количеством соляной кислоты и добавить в имеющийся раствор. При этом жидкость сразу должна помутнеть. Если этого не происходит и особенно если начинается шипение, значит, азотная кислота не выпарена до конца. В этом случае можно повторить процесс выпаривания, а можно просто добавить несколько больше сульфата железа (он хорош именно способностью легко и безопасно нейтрализовать избыток азотной кислоты).

Через сутки процесс осаждения завершается. Если при добавлении в раствор крупинки железного купороса не возникает облачка мути, значит, выделение золота завершилось. Если муть появляется, нужно добавить еще сульфата железа и подождать.

В последнюю очередь, после слива всего раствора, получившийся золотой осадок следует промыть соляной кислотой для очистки от солей железа, а потом — раствором аммиака (нашатырным спиртом) для удаления остатков меди.

Таким образом можно получить золото 999 пробы и даже выше. С ювелирной точки зрения такой металл будет соответствовать наивысшей пробе — 24 карата.

Царская водка
Общие
Сокращения A.R.
Традиционные названия Aqua Regia, Aqua Regis
Хим. формула Смесь HNO3, HCl и H2O
Физические свойства
Состояние жидкость жёлто-оранжевого цвета с сильным запахом хлора и диоксида азота
Плотность 1,01-1,21 г/см³
Термические свойства
Т. плав. -42 °C
Т. кип. 108 °C
Давление пара 21 мбар (при 20 °C)
Классификация
Рег. номер CAS 8007-56-5
PubChem 62687
SMILES
ChemSpider 56437
Безопасность
Пиктограммы СГС

Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Ца́рская во́дка (лат. Aqua Regia, Aqua Regis, A.R. ) — смесь концентрированных азотной HNO3 (65—68 % масс.) и соляной HCl (32—35 % масс.) [1] кислот, взятых в соотношении 1:3 по объёму (массовое соотношение, в пересчёте на чистые вещества, около 1:2) [2] .

Название не имеет отношения к спиртным напиткам и происходит от устаревшего значения слова «водка» и уникальной способности смеси растворять золото.

Содержание

История исследования и использования [ править | править код ]

Задолго до открытия соляной кислоты в латинских текстах, приписываемых арабско-персидскому алхимику Геберу (Джабиру ибн Хайян) (VIII век), изложен способ получения царской водки путём сухой перегонки смеси селитры, медного купороса, квасцов и нашатыря в стеклянном, хорошо замазанном сосуде, снабжённом стеклянной крышкой или колпаком [3] .

В сочинениях Альберта Великого она называется aqua secunda («вторичная водка», а «первичная водка» — aqua prima — азотная кислота), у других алхимиков — aqua regia. В 1270 году Бонавентура указал на применяемый им собственный метод получения растворением нашатыря в «крепкой водке» (aqua fortis, азотная кислота) [4] . Бонавентура также установил, что азотная кислота растворяет серебро, отделяя его от золота; используя царскую водку, он установил её способность растворять «царя металлов» — золото, считавшегося до некоторых пор неподверженным изменению. Таким образом появилось название aqua regia (также aqua regis, A.R.) [5] . Алхимический символ царской водки был составлен из знака воды и прописной буквы R. Позднее царская водка описана Псевдо-Гебером, неизвестным алхимиком, трактаты которого стали распространяться в Европе в XIV веке.

Приготовление царской водки смешением концентрированных соляной и азотной кислот впервые описывается в «Алхимии» Андреаса Либавия (1597) [6] . Установление факта растворения благородных металлов в царской водке рассматривалось алхимиками как решение одной из важнейших задач алхимии: приготовление алкагеста — универсального растворителя. Использование царской водки в алхимической практике привело к существенному росту знаний о веществах и химических реакциях [7] и способствовало становлению пробирного анализа и технической химии.

В работах Лавуазье царская водка именовалась «нитромуриевой кислотой», в соответствии с представлениями о том, что выделяющийся газ (хлор) не что иное, как оксид элемента мурия, дефлогистированная соляная кислота.

В России [ править | править код ]

В России её называли королевской водкой (М. В. Ломоносов, 1742 г.), царской водкой (М. Парпуа, 1796 г.), селитро-соляной кислотой (В. В. Петров, 1801 г.), азотноводохлорной кислотой (Г. И. Гесс, 1831 г.); известны и другие названия [8] . Слово «водка» первоначально появилось в русском языке примерно в XIII—XIV веках как уменьшительное от слова «вода» и имело таковое значение основным вплоть до середины XIX века. Значение «спиртной напиток» слово «водка» приобрело где-то между XIV и XIX веками первоначально как диалектное, и лишь в конце XIX — начале XX века стало обозначать единственно «крепкий спиртной напиток» [9] .

Читайте также:  Как влияет коньяк на сосуды

Свойства [ править | править код ]

Представляет собой жидкость жёлто-оранжевого цвета с сильным запахом хлора и диоксида азота. Только что приготовленная царская водка бесцветна, однако быстро приобретает оранжевый цвет.

При взаимодействии HCl и HNO3 образуется сложная смесь высокоактивных продуктов, в том числе ассоциатов, диоксида азота, хлора и нитрозилхлорида (хлористого нитрозила). Наличие среди продуктов взаимодействия хлорида нитрозила NOCl и хлора в сильнокислой среде делает царскую водку одним из сильнейших окислителей. Смесь готовят непосредственно перед её применением: при хранении она разлагается с образованием газообразных продуктов (образование диоксида азота и нитрозилхлорида придаёт царской водке окраску).

3 H C l + H N O 3 ⟶ C l 2 + N O C l + 2 H 2 O ; longrightarrow Cl_<2>+NOCl+2H_<2>O>>;> 2 N O C l → 2 N O + C l 2 <2>>>> 2 N O + O 2 ⟶ 2 N O 2 <2>longrightarrow 2NO_<2>>>>

Эффективность царской водки как окислителя в значительной степени связана с уменьшением потенциала окисления металлов вследствие образования хлоридных комплексных соединений. Комплексообразование в сильнокислой окислительной среде делает возможным растворение уже при комнатной температуре даже таких малоактивных металлов, как золото, платина и палладий:

A u + 4 H C l + H N O 3 ⟶ H [ A u C l 4 ] + N O ↑ + 2 H 2 O longrightarrow H[AuCl_<4>]+NOuparrow +2H_<2>O>>> 3 P t + 18 H C l + 4 H N O 3 ⟶ 3 H 2 [ P t C l 6 ] + 4 N O ↑ + 8 H 2 O <3>longrightarrow 3H_<2>[PtCl_<6>]+4NOuparrow +8H_<2>O>>>

Скорость растворения (травления) золота в царской водке составляет примерно 10 мкм/мин. Рутений растворяется в царской водке только в присутствии кислорода воздуха, образуя комплексное соединение — гексахлорорутениевую кислоту [10] . Родий и иридий в компактном состоянии устойчивы, но растворяются при нагревании в виде высокодисперсных порошков (черни) [10] .

Серебро не растворяется в царской водке из-за пассивации поверхности образующейся плёнкой хлорида серебра. Пассивация поверхности металла кислотоустойчивыми оксидами является причиной устойчивости к царской водке хрома, титана, тантала, циркония, гафния и ниобия. Царская водка не растворяет тефлон (фторопласт-4).

Царская водка применяется как реактив в химических лабораториях, для очистки стеклянной посуды от следов органических веществ (например, в ЯМР-спектроскопии), в пробирном анализе благородных металлов и их сплавов, при аффинаже золота и платины, получении хлоридов металлов и другого.

Юникод [ править | править код ]

В Юникоде есть 2 алхимических символа царской водки (лат. Aqua regia ).

Кодировка по Unicode и HTML

Графема Unicode HTML
Код Название Шестнадцатеричное Десятичное Мнемоника
🜆 U+1F706 ALCHEMICAL SYMBOL FOR AQUA REGIA 🜆 🜆
🜇 U+1F707 ALCHEMICAL SYMBOL FOR AQUA REGIA-2 🜇 🜇

Интересные факты [ править | править код ]

В нацистской Германии было запрещено принятие Нобелевской премии после того, как в 1935 году премию мира присудили противнику национал-социализма Карлу фон Осецкому. Немецкие физики Макс фон Лауэ и Джеймс Франк доверили хранение своих золотых медалей Нильсу Бору. Когда в апреле 1940 года немцы оккупировали Копенгаген, во избежание возможной конфискации сотрудник Института Нильса Бора химик Дьёрдь де Хевеши растворил эти медали в царской водке (сам Хевеши был удостоен Нобелевской премии по химии в 1943 году). Банка с раствором тетрахлорозолотой кислоты благополучно простояла среди сотен других вплоть до завершения оккупации Дании.

После окончания войны Хевеши выделил золото из раствора и передал его Шведской королевской академии наук и Нобелевскому фонду. Из него изготовили новые медали, которые были возвращены фон Лауэ и Франку [11] .

Что же такое царская водка? Нет, это не элитный напиток, как можно было бы подумать. Царская водка — это смесь определённых концентрированных кислот в определённой пропорции. Классический рецепт царской водки таков: одна четвёртая соляной кислоты (формула HCl) и три четверти азотной кислоты (формула HNO3). Такой напиток вряд ли принесёт пользу человеческому организму. Зато он способен растворять золото и платину. И не только их.

Что собой представляет кислота «царская водка»?

Большинство металлов полностью растворяются в царской водке. Но ни одна кислота, входящая в состав, по отдельности на это неспособна. Благодаря сложной реакции между азотной и соляной кислотой, рождается сила растворять металлы. Ей неподвластны тантал, иридий и родий. На вид царская водка просто жёлтая жидкость с резким неприятным запахом.

Как появилась на свет царская водка и почему её так назвали?

Царская водка появилась благодаря неустанным попыткам алхимиков создать некий философский камень, который бы превращал все в золото. Золото для людей того времени было королевским, царским металлом. Соответственно, жидкость, которая смогла растворить этот драгоценный металл, назвали царём воды. Но на русский язык название этой кислоты было интерпретировано по-другому, как царская водка.

Впервые рецепт водки был найден в трактате алхимика Псевдо-Гебера. Правда, рецепт несколько отличается от современного. В то время алхимики получали царскую водку за счёт смеси медного купороса, нашатыря, квасцов и селитры. Смешивали ингредиенты в сосуде со стеклянной крышкой.

Читайте также:  Женевер напиток что это

В более поздних годах, в тринадцатом веке, был найден ещё один рецепт получения королевской водки. Этот рецепт приписывают Бонавентуру, который смешивал нашатырь с азотной кислотой. Этот же алхимик установил, что серебро растворяется в азотной кислоте – это хороший способ отделить серебро от золота. Бонавентура первый начал использовать название царской водки.

Рецепт водки, в которую входят концентрированные соляная и азотная кислоты, появился в конце шестнадцатого века. Описал его Андреаса Либавия в своей «Алхимии». Либавия придал царской водке большое значение, увидев в ней универсальный растворитель (одна из сложнейших задач алхимии). С шестнадцатого века царская водка активно помогала человечеству в увеличении знаний про различные вещества и химические реакции между ними. Королевская вода также сделала свой вклад в развитие пробирного анализа.

Интересный случай случился во времена Второй мировой войны. В нацистской Германии было запрещено получение Нобелевской премии. Поэтому два немецких физика (Макс фон Лауэ и Джеймс Франк) решили оставить на хранение свои золотые медали в Институте Нильса Бора (Дания). Когда Дания была оккупирована, один из химиков института растворил золотые медали в водке. Банка с раствором простояла всю войну среди сотен других различных растворов. После окончания войны, этот же химик выделил золото обратно из раствора и отдал его Шведской академии наук и Нобелевскому фонду. Из полученного золота изготовили новые медали и отдали их Джеймсу Франку и Максу фон Лауэ.

Свойства царской водки

Смесь соляной и азотной кислоты образует высокоактивные продукты (диоксида хлора, азота и нитрозилхлорида). Царская водка является одним из сильнейших окислителей. Надо заметить, что готовят эту водку непосредственно перед применением. Ведь со временем она распадается на газообразные продукты. Золото растворяется в водке приблизительно со скоростью 10 мкм/мин.

Применение царской воды

Основным и профессиональным применением царской воды является использование её, как реактива, за счёт которого получают хлорид металлов. Некоторые используют этот реактив, чтобы добыть золото из старых радиодеталей. А также, с помощью царской воды можно легко взламывать навесные замки.

Главное не забывать, что царской воды можно пользоваться только первое время после его изготовления.

Стоит также подробно разобрать те кислоты, которые входят в состав царской водки.

Азотная кислота

Кислота, чувствительная к свету. При освещении, она распадётся на оксид и воду. Поэтому азотную кислоту содержат в тёмном шкафу или в непрозрачной ёмкости. И также HNO3 сама по себе не растворяет железо, поэтому её смело можно хранить в железной ёмкости. Азотная кислота один из сильнейших электролитов и окислителей.

Известны случая, образования HNO3 в атмосфере. При ударе молнии азот, входящий в состав атмосферы, начинает реагировать с кислородом, вследствие чего образовывается оксид азота. Впоследствии этот оксид азота реагирует с влагой в воздухе, образовывая азотную кислоту в небольших концентрациях.

Соляная кислота

Бесцветная кислота, с резким запахом очень едкая, выделяет лёгкий пар на открытом воздухе. HCl растворяет многие металлы. С использованием этого реактива нужно быть очень аккуратным. Работать с ней можно только в помещении, которое активно проветривается. Ведь пар, выделяемой этой кислотой, может раздражать слизистые оболочки дыхательных путей.

Способ приготовления царской воды

Чтобы приготовить самостоятельно царскую водку вам понадобится:

  • концентрированные HCl, HNO3;
  • стеклянная пробирка;
  • стеклянная палочка.
  1. В первую очередь, вы должны точно отмерить нужное количество реактивов. Напоминаем, требуется смешать три части соляной кислоты с одной частью азотной. Не думайте отмерять на глаз количество жидкости. Малейшая неточность приведёт к тому, что реактив будет слабым по эффективности. Лучше всего взять стеклянную пробирку с делениями, по которым вы будете ориентироваться.
  2. Постарайтесь использовать минимальное количество посуды. А также постарайтесь поменьше переливать реактивы с одной пробирки в другую. Остерегайтесь проливать их.
  3. Советуем вначале налить в пробирку соляную кислоту, а потом уже добавлять в неё азотную. Это делается для того, чтобы, когда вы вливаете меньшее количество жидкости в большее количество жидкости, уменьшить количество брызг. Вливайте кислоту осторожно, тонкой струёй. Не подносите близко к лицу пробирку с кислотой, чтобы случайно не вдохнуть пары.
  4. Когда вы смешали все реактивы, аккуратно перемешайте смесь стеклянной палочкой. Перемешать нужно тщательно, чтобы все реактивы прореагировали между собой, а не просто расслоились. Ни в коем случае, нельзя взбалтывать пробирку. Если вы все сделали правильно, то, смешанная вами жидкость, вначале будет жёлтого цвета, а через полчаса потемнеет до оранжевого цвета.

На всех этапах не забывайте соблюдать осторожность!

Видео

Из видео вы узнаете, что такое царская водка.

«>

Добавить комментарий