Woda Królewska: Właściwości, Zastosowanie i Ciekawostki
- Szczegóły
Woda królewska (łac. aqua regia) to mieszanina stężonego kwasu solnego i azotowego w stosunku objętościowym 3:1. To mieszanka kwasów, znana już od ponad 1000 lat. Rozpuszcza nawet metale szlachetne! Woda królewska, bo o niej właśnie mowa, znalazła szerokie zastosowania w życiu codziennym.
Co się kryje pod tajemniczą nazwą? Woda królewska jest mieszaniną stężonych kwasów: azotowego (V) oraz solnego w stosunku 3:1. Związek ten posiada bardzo silne właściwości utleniające i nazywany bywa królową wszystkich kwasów. Z tego powodu wykorzystuje się go m.in. do roztwarzania różnych metali szlachetnych - w tym złota, platyny oraz palladu, a także innych metali o wysokiej odporności chemicznej, np.: cyrkonu, molibdenu i hafnu.
Działaniu wody królewskiej opierają się takie metale jak chrom, niob, rod, osm, wolfram, tantal, iryd i ruten.
Właściwości fizyczne i chemiczne
Co warto wiedzieć na temat właściwości fizycznych i chemicznych aqua regia? Czysta woda królewska zaraz po uzyskaniu jest bezbarwna, jednak już w przeciągu kilku sekund przybiera barwę pomarańczową. To żrąca ciecz, która w momencie przygotowywania zmienia barwę z przezroczystej na intensywnie pomarańczową. Substancja ta jest silnie żrąca i wykorzystuje się ją przez to w laboratoriach chemicznych do oczyszczania fiolek i innych szklanych naczyń z resztek pochodzenia organicznego oraz innych osadów.
Woda królewska w zamkniętym układzie tworzy układ trójfazowy ciecz-ciecz-gaz. Fazy te nie występują w układzie otwartym, gdzie chlorek nitrozylu i chlor mogą swobodnie się ulatniać. Woda królewska bardzo szybko wywołuje korozję. Ponadto reaguje egzotermicznie (z wydzieleniem ciepła do otoczenia) z wodorotlenkami i aminami, tworząc wtedy ich sole. Kontakt wody królewskiej z metalami najczęściej powoduje powstanie trujących i łatwopalnych gazów.
Przeczytaj także: Gdzie kupić wodę destylowaną?
Jak przygotować wodę królewską?
Przygotowanie aqua regia nie jest trudne, jednak nie zaleca się jej stosować w warunkach domowych. Reakcji nie powinno się przeprowadzać w warunkach domowych. Jest to środek silnie żrący, podczas używania wody królewskiej powinno się zachować największą ostrożność, gdyż środek może wywołać nawet pożar. Nie należy też wytwarzać więcej mieszaniny, niż w danym momencie jest to konieczne. Jej opary są trujące, a sama ciecz może uszkodzić naczynia, w których jest przechowywana i spowodować wiele szkód materialnych.
Jak zrobić wodę królewską? Wystarczy do 3 miarek stężonego kwasu solnego dodać jedną miarkę kwasu azotowego - i gotowe.
Zastosowanie wody królewskiej
Woda królewska znalazła bardzo szerokie zastosowanie w życiu codziennym, w przemyśle i laboratoriach naukowych. Wykorzystuje ją się do roztwarzania złota, jak również do czyszczenia naczyń w laboratorium z osadów organicznych lub metalicznych. Aqua regia została wynaleziona w IX wieku przez arabsko-jemeńskiego alchemika i uzyskała szerokie zastosowanie w chemii. Chemicy używali- i używają aqua regia głównie do czyszczenia z resztek metali naczyń laboratoryjnych: kolb, zlewek, cylindrów, pipet.
Woda królewska wykorzystywana jest głównie do produkcji kwasu chlorozłotowego (HAuCl4) oraz w procesie Wohlwill’a, czyli elektrolitycznej rafinacji złota, podczas której uzyskuje się złoto najwyższej próby (99,999%). Ponadto wodę królewską wykorzystuje się w chemii analitycznej.
Wysławione przez samą nazwę substancji oddziaływanie na złoto wykorzystywane bywa często do odzyskiwania tego surowca z różnych przedmiotów codziennego użytku. Niestety, najczęściej jest to zupełnie nieopłacalne.
Przeczytaj także: Inwestycje w Jakość Wody w Proszówkach
Mechanizm roztwarzania metali
Woda królewska bardzo dobrze roztwarza złoto, aczkolwiek same kwasy wchodzące w jej skład, również wykazują podobne właściwości. Niemniej jednak ich połączenie jest o wiele bardziej wydajne. Dlaczego tak się dzieje? Kwas azotowy znajdujący się w wodzie królewskie jest również silnym utleniaczem. W zetknięciu ze złotem roztwarza go w bardzo niewielkim stopniu, formując przy tym dodatnie jony złota (Au3+). Tym samym reakcja z kwasem solnym przybiera stan równowagi reakcji chemicznych (ang. equilibrium reaction), w wyniku której powstają aniony chlorozłocianowe (AuCl4−). Na skutek powyższych reakcji, następuje rozpad jonów złota znajdujących się w roztworze i dalsze jego utlenianie. Złoto rozpada się tworząc kwas chlorozłotowy, który separowany jest poprzez odparowanie wody królewskiej. Ostatni krok to oczyszczenie kwasu chlorozłotowego z pozostałości po kwasie azotowym. W tym celu poddaje się go wielokrotnej redukcji za pomocą kwasu solnego.
Proces roztwarzania platyny przy pomocy wody królewskiej przebiega niemal identycznie jak w przypadku wyżej opisywanego złota. Dowody wskazują jednak na to, że przebieg całej reakcji roztwarzania jest jednak o wiele bardziej kompleksowy. W początkowej jego fazie powstaje mieszanina, na którą składa się kwas chloroplatynowy (H2PtCl4) oraz chlorek nitrosoplatyny ((NO)2PtCl4), który jest ciałem stałym. Jeżeli konieczne jest uzyskanie czystej platyny, proszek ten poddaje się ekstrakcji przy pomocy skoncentrowanego kwasu solnego. Roztwarzanie platyny za pomocą wody królewskiej było sposobem na odkrycie bardziej gęstych metali , takich jak iryd czy osm.
Środki ostrożności i możliwość zakupu
Osoba prywatna napotka wiele trudności w nabyciu wody królewskiej, nie jest to jednak niemożliwe. Nie uda nam się zakupić gotowej substancji - dostępne są jedynie kwasy potrzebne do jej wytworzenia. Najszersze oferty proponują sklepy z odczynnikami chemicznymi i przyrządami laboratoryjnymi, które mają także strony internetowe i prowadzą sprzedaż online.
Kwas azotowy (V) kosztuje ok. 85 zł, kwas solny można dostać w cenie od 50 do 100 zł za litr. Koszt jest uzależniony od rodzaju roztworu. Na zagranicznych stronach internetowych można kupić gotowy zestaw do przygotowania 0,5l mieszaniny za około 65 dolarów.
Ważne jest, żeby pod żadnym pozorem nie próbować przechowywać wody królewskiej. Powinnyśmy przygotowywać tyle mieszaniny, ile w danej chwili potrzeba.
Przeczytaj także: Woda mineralna Józef: Zalety
Ciekawostki historyczne
Pierwsze wzmianki o wodzie królewskiej pojawiły się w pismach średniowiecznego alchemika, znanego jako Pseudo-Geber (najprawdopodobniej Hiszpana lub Włocha). Pismo o którym mowa to „De inventione veritatis” (ang. On the Discovery of Truth). Można to przetłumaczyć jako „Droga do prawdy”. Do wykonania tytułowej substancji, chemik wykorzystał minerał o nazwie Salmiak rodzimy (chlorek amonu) oraz kwas azotowy.
Z wodą królewską związana jest ciekawostka historyczna z okresu II Wojny Światowej. Mianowicie węgierski chemik George de Hevesy roztworzył wtedy dwie złote nagrody Nobla, które otrzymał w 1914 roku niemiecki fizyk Max von Laue oraz w 1925 roku James Franck. Zrobił to, aby uniemożliwić nazistom ich konfiskatę (w tamtych czasach posiadanie oraz przyjmowanie tego typu nagród zostało zabronione przez niemieckie włądze). Dzięki temu roztwór zawierający złoto został zwyczajnie zignorowany pośród wielu innych substancji, znajdujących się w laboratorium chemicznym.
tags: #woda #królewska #właściwości
