stringtranslate.com

Царская водка

Свежеприготовленная царская водка для удаления отложений солей металлов.
Свежеприготовленная царская водка бесцветна, но за считанные секунды становится оранжевой. Здесь в эти пробирки ЯМР была добавлена ​​свежая царская водка, чтобы удалить все следы органического материала.

Царская водка ( / ˈ r eɪ ɡ i ə , ˈ r iː dʒ i ə / ; от латинского буквально «царственная вода» или «королевская вода») — смесь азотной и соляной кислот , оптимально в молярном соотношении 1. :3. [б] Царская водка — дымящая жидкость. Свежеприготовленная царская водка бесцветна, но в течение нескольких секунд становится желтой, оранжевой или красной из-за образования нитрозилхлорида и диоксида азота . Его назвали алхимики , потому что он может растворять благородные металлы , такие как золото и платина , но не все металлы.

Подготовка и разложение

При смешивании концентрированной соляной кислоты и концентрированной азотной кислоты происходят химические реакции. В результате этих реакций образуются летучие продукты — нитрозилхлорид и газообразный хлор :

HNO 3 + 3 HCl → NOCl + Cl 2 + 2 H 2 O

о чем свидетельствует дымящая природа и характерный желтый цвет царской водки. По мере того, как летучие продукты выходят из раствора, царская водка теряет свою эффективность. Нитрозилхлорид (NOCl) может далее разлагаться на оксид азота (NO) и элементарный хлор ( Cl 2 ):

2 NOCl → 2 NO + Cl 2

Эта диссоциация ограничена равновесием. Следовательно, в дымах над царской водкой помимо нитрозилхлорида и хлора содержится еще и оксид азота (NO). Поскольку оксид азота легко вступает в реакцию с кислородом воздуха , образующиеся газы также содержат диоксид азота NO 2 (красный дым):

2 НО + О 2 → 2 НО 2

Приложения

Царская водка в основном используется для производства золотохлористоводородной кислоты , электролита в процессе Вольвилля для аффинажа золота высочайшей чистоты (99,999%) .

Царская водка также используется при травлении и в определенных аналитических процедурах . Его также используют в некоторых лабораториях для очистки стеклянной посуды от органических соединений и металлических частиц. Этот метод для очистки ЯМР-трубок предпочтительнее более традиционной ванны с хромовой кислотой , поскольку не может оставаться никаких следов парамагнитного хрома , портящих спектры. [1] Хотя ванны с хромовой кислотой не рекомендуются из-за высокой токсичности хрома и возможности взрыва, царская водка сама по себе очень агрессивна и стала причиной нескольких взрывов из-за неправильного обращения. [2]

Поскольку ее компоненты быстро реагируют, что приводит к ее разложению, царская водка быстро теряет свою эффективность (но остается сильной кислотой), поэтому ее компоненты обычно смешивают только непосредственно перед использованием.

Химия

Растворение золота

Осадок чистого золота , полученный в процессе химического рафинирования в царской водке.

Царская водка растворяет золото , хотя ни одна из входящих в нее кислот не сделает этого сама по себе. Азотная кислота является мощным окислителем, который растворяет очень небольшое количество золота, образуя ионы золота(III) ( Au 3+ ). Соляная кислота обеспечивает готовый источник хлорид-ионов ( Cl - ), которые реагируют с ионами золота с образованием анионов тетрахлораурата(III) ( [AuCl 4 ] - ), также в растворе. Реакция с соляной кислотой является равновесной реакцией, способствующей образованию анионов тетрахлораурата(III). Это приводит к удалению ионов золота из раствора и позволяет осуществить дальнейшее окисление золота. Золото растворяется, образуя золотохлористоводородную кислоту . Кроме того, золото может растворяться хлором, присутствующим в царской водке. Соответствующие уравнения :

Ау + 3  ХНО
3+ 4 HCl [AuCl
4]−
+ 3  НЕТ
2+ Ч
3О+
+ 2  ч.
2О

или

Ау + ХНО
3+ 4 HCl [AuCl
4]−
+ НЕТ + Ч
3О+
+ Ч
2О.​

Твердую тетрахлорзолотокислоту можно выделить путем выпаривания избытка царской водки и разложения остаточной азотной кислоты путем многократного нагревания раствора с добавлением соляной кислоты. На этом этапе снижается содержание азотной кислоты (см. разложение царской водки). Если требуется элементарное золото, его можно селективно восстановить с помощью восстановителей, таких как диоксид серы , гидразин , щавелевая кислота и т. д . [ 3] Уравнение восстановления окисленного золота ( Au 3+ ) диоксидом серы ( SO 2 ) имеет вид следующее:

2 [AuCl 4 ] − (водн.) + 3 SO 2 (г) + 6 H 2 O(l) → 2 Au(s) + 12 H + (водн.) + 3 SO2-4(водный) + 8 Cl - (водный)


Растворение золота царской водкой.

Растворение платины

Аналогичные уравнения можно записать и для платины . Как и в случае с золотом, реакцию окисления можно записать, указав в качестве продукта оксида азота либо оксид азота, либо диоксид азота:

Пт(и) + 4 НО−3(вод) + 8 H + (вод) → Pt 4+ (вод) + 4 NO 2 (г) + 4 H 2 O(ж)
3 точки(а) + 4 НО−3(вод) + 16 H + (вод) → 3 Pt 4+ (вод) + 4 NO(г) + 8 H 2 O(ж)

Окисленный ион платины затем реагирует с ионами хлорида, в результате чего образуется хлороплатинат-ион:

Pt 4+ (водный) + 6 Cl − (водный) → [PtCl 6 ] 2− (водный)

Экспериментальные данные показывают, что реакция платины с царской водкой протекает значительно сложнее. Первоначальные реакции дают смесь платинохлористой кислоты ( H 2 [PtCl 4 ] ) и нитрозоплатинового хлорида ( [NO] 2 [PtCl 4 ] ). Хлорид нитрозоплатины представляет собой твердый продукт. Если желательно полное растворение платины, необходимо провести повторные экстракции остатков концентрированной соляной кислотой:

2 Pt(тв) + 2 HNO 3 (водн.) + 8 HCl(водн.) → [NO] 2 [PtCl 4 ](тв) + H 2 [PtCl 4 ](водн.) + 4 H 2 O(ж)

и

[NO] 2 [PtCl 4 ](т.в.) + 2 HCl(водн.) ⇌ H 2 [PtCl 4 ](водн.) + 2 NOCl(г)

Платинохлористую кислоту можно окислить до платинохлористоводородной кислоты , насытив раствор молекулярным хлором ( Cl 2 ) при нагревании:

H 2 [PtCl 4 ](водн.) + Cl 2 (г) → H 2 [PtCl 6 ](водн.)

Растворение твердых частиц платины в царской водке было способом открытия самых плотных металлов, иридия и осмия , оба из которых обнаружены в платиновых рудах и не растворяются в царской водке, а собираются в виде нерастворимого металлического порошка (элементарных Ir, Os) на поверхности воды. основание судна.


Растворение платины [c] в царской водке.

Осаждение растворенной платины

На практике, когда металлы платиновой группы очищают путем растворения в царской водке, золото (обычно связанное с МПГ) осаждается обработкой хлоридом железа (II) . Платина в фильтрате в виде гексахлорплатината(IV) превращается в гексахлорплатинат аммония добавлением хлорида аммония . Эта соль аммония крайне нерастворима, и ее можно отфильтровать. Воспламенение (сильный нагрев) превращает его в металлическую платину: [4]

3 [NH 4 ] 2 [PtCl 6 ] → 3 Pt + 2 N 2 + 2 [NH 4 ]Cl + 16 HCl

Неосажденный гексахлорплатинат(IV) восстанавливают элементарным цинком , и аналогичный метод подходит для мелкомасштабного восстановления платины из лабораторных остатков. [5]

Реакция с оловом

Царская водка реагирует с оловом с образованием хлорида олова(IV) , содержащего олово в высшей степени окисления:

4 HCl + 2 HNO 3 + Sn → SnCl 4 + NO 2 + NO + 3 H 2 O

Реакция с другими веществами

Он может реагировать с пиритом железа с образованием хлорида железа (III) :

FeS 2 + 5 HNO 3 + 3 HCl → FeCl 3 + 2 H 2 SO 4 + 5 NO + 2 H 2 O

История

Царская водка впервые появилась в книге « Об открытии истины» псевдо-Гебера (около 1300  г. ), который создал ее путем добавления нашатырного спирта ( хлорида аммония ) к азотной кислоте. [6] [d] Приготовление царской водки путем непосредственного смешивания соляной кислоты с азотной кислотой стало возможным только после открытия в конце шестнадцатого века процесса получения свободной соляной кислоты. [8]

Лиса в «Третьем ключе» Бэзила Валентина представляет собой царскую водку, Musaeum Hermeticum , 1678 г.

На третьем ключе Василия Валентина ( около  1600 г. ) изображен дракон на переднем плане и лиса, поедающая 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, поедающий лису, поедает петуха) приводит к накоплению газообразного хлора в колбе. Затем золото кристаллизуется в форме хлорида золота (III) , красные кристаллы которого Василий назвал «розой наших мастеров» и «кровью красного дракона». [9] О реакции не сообщалось в химической литературе до 1895 года. [10]

Антуан Лавуазье назвал царскую водку нитросоляной кислотой в 1789 году. [11]

Когда Германия вторглась в Данию во время Второй мировой войны, венгерский химик Джордж де Хевеши растворил золотые Нобелевские премии немецких физиков Макса фон Лауэ (1914 г.) и Джеймса Франка (1925 г.) в царской водке, чтобы не допустить их конфискации нацистами. Правительство Германии запретило немцам принимать или сохранять какие-либо Нобелевские премии после того, как заключенный в тюрьму борец за мир Карл фон Осецкий получил Нобелевскую премию мира в 1935 году. Де Хевеши поместил полученный раствор на полку в своей лаборатории в Институте Нильса Бора . Впоследствии нацисты проигнорировали его, считая, что в банке (одной из сотен, стоящих на полках) содержатся обычные химические вещества. После войны де Хевеши вернулся, нашел нетронутый раствор и выделил золото из кислоты. Золото было возвращено Шведской королевской академии наук и Нобелевскому фонду. Они отлили медали заново и снова вручили их Лауэ и Франку. [12] [13]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Информация в информационном окне относится к мольному соотношению азотной кислоты и соляной кислоты 1:3 .
  2. ^ 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 фактическое массовое соотношение HNO 3 :HCl составляет менее 1:2.
  3. ↑ Если быть точным, платиновая советская памятная монета .
  4. ↑ Однако Ахмад Й. Аль-Хасан (2005) утверждал, что исламские тексты, датированные периодом до 13 века, включая работы Джабира ибн Хайяна и Абу Бакра ар-Рази , на самом деле содержали подробные описания царской водки . [7]

Рекомендации

  1. ^ Хоффман, Р. (10 марта 2005 г.) Как сделать образец ЯМР, Еврейский университет . По состоянию на 31 октября 2006 г.
  2. ^ Американская ассоциация промышленной гигиены , Инциденты, связанные с безопасностью в лабораториях: взрывы. По состоянию на 8 сентября 2010 г.
  3. ^ Реннер, Герман; Шламп, Гюнтер; Холлманн, Дитер; Люшоу, Ганс Мартин; Тьюс, Питер; Ротаут, Йозеф; Дерманн, Клаус; Кнедлер, Альфонс; и другие. «Золото, золотые сплавы и соединения золота». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a12_499. ISBN 978-3527306732.
  4. ^ Хант, LB; Левер, FM (1969). «Платиновые металлы: обзор производственных ресурсов для промышленного использования» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 13 (4): 126–138.
  5. ^ Кауфман, Джордж Б.; Тетер, Ларри А.; Рода, Ричард Н. (1963). «Восстановление платины из лабораторных остатков». Неорганические синтезы . 7 : 232–236. дои : 10.1002/9780470132388.ch61. ISBN 978-0-470-13238-8.
  6. ^ Карпенко, Владимир; Норрис, Джон А. (2002). «Купорос в истории химии». Химический список . 96 (12): 997–1005.п. 1002. Как отмечают Карпенко и Норрис, неопределенная датировка корпуса псевдо-Гебера (который, вероятно, был написан более чем одним автором) делает датировку царской водки столь же неопределенной.
  7. ^ Ахмад Ю. Аль-Хасан, Культурные контакты в построении универсальной цивилизации: вклад ислама , опубликовано Исследовательским центром исламской истории, искусства и культуры ОИК в 2005 году и доступно в Интернете по адресу «История науки и технологий в исламе».
  8. ^ Мультауф, Роберт П. (1966). Истоки химии . Лондон: Олдборн.п. 208, примечание 29; ср. п. 142, примечание 79.
  9. ^ Принсипи, Лоуренс М. (2013). Тайны алхимии . Чикаго: Издательство Чикагского университета. ISBN 978-0-226-68295-2.стр. 149-153.
  10. ^ Роуз, Томас Кирк (1895). «Диссоциация хлорида золота». Журнал Химического общества . 67 : 881–904. дои : 10.1039/CT8956700881.См. Принсипи 2013, с. 152.
  11. ^ Лавуазье, Антуан (1790). Элементы химии. в новом систематическом порядке, содержащем все современные открытия. Эдинбург: Уильям Крич. п. 116. ИСБН 978-0-486-64624-4..
  12. ^ «Приключения в радиоизотопных исследованиях», Джордж Хевеши.
  13. ^ Биргитта Леммель (2006). «Медали Нобелевской премии и медаль премии по экономике». Нобелевский фонд.

Внешние ссылки