王水
王水(Aqua regia),又叫硝基盐酸、王酸,是由一体积浓硝酸和三体积浓盐酸组成的混合物(硝酸和盐酸的摩尔比1:3)。王水是一种腐蚀性非常强,冒着黄色雾的液体,具有强氧化性,可与金、铂等贵金属反应,其还可与碱及氰化物等反应。
王水是很强的氧化剂,能溶解贵金属,因此被广泛用于金等贵金属的提炼;在油井施工方面,常用王水去除杂质以及作防腐剂;王水型蚀刻液在耐蚀钢和合金的化学蚀刻中被广泛应用,特别是航空和航天工业的某些关键部件都大量采用这种方法进行加工;王水还可用在土壤元素的测定等领域。
如果人体不慎吸入、摄入王水或接触其蒸气、灰尘等可能会导致严重烧伤。并且人体吸入王水反应生成的金属烟雾或有毒气体和蒸气可引起肺部炎症,形成中毒性肺炎。王水沾染到皮肤上,会引起皮肤灼伤。
相关历史
约8世纪,阿拉伯炼金术士查比尔·伊本·赫扬用氯化铵(或盐酸)与硝酸混合,制造出的溶液能溶解黄金,还可以把银从金中分离出来。他通过干馏硝石方法制取硝酸并以此制造王水。查比尔在《东方水银》、《炉火术》等著作中,记述了硝酸、王水、硝酸银等的制法。
1803年,英国化学家史密森·坦南特,用王水溶解铂后,观察到烧瓶底部还有不溶黑色残渣,由此发现金属和不被王水溶解。
1940年,德国侵占丹麦,为防止物理学家马克斯·冯·劳厄和詹姆斯·弗兰克的诺贝尔奖章被夺走,化学家乔治·德·海维西用王水溶解了奖章。等战争结束后,又利用还原反应将黄金重新沉淀出来,重新铸造了奖章。
应用领域
提炼贵金属
王水常用于浸出贵金属含量高,而还原组分含量低的矿物原料和中间产品。王水浸出贵金属物料时,、钌、锇、铱和氯化银留在浸渣中,铂、钯、金则进入浸液中。浸液加热赶硝后,可用亚铁盐还原法从浸液中回收金。然后用氯化铵沉铂法回收铂,用二氯二氨亚钯法,从沉铂后的母液中回收钯。
油井中的应用
王水不仅对于各种金属有极高的溶解能力,对于很多难溶的金属氧化物也有很强的溶解能力。用王水处理油田含油岩心,可使其岩心渗透率提高200~1300%。这说明“王水”对砂粒表面的一些杂质起了相当大的破坏和溶蚀作用。
王水处理主要应用在油层渗透率低、细菌比较发育、硫酸亚铁沉淀较多的注水井中。此外,对铁质和各种机械杂质堵塞的油井,用王水进行处理也是行之有效的方法。同时,在某些井施工时,可用每立方米王水加入氢氟酸13.2公斤作为防腐剂。
化学蚀刻中的应用
王水型蚀刻液在耐蚀钢(如不锈钢)和镍合金的化学蚀刻中得到了广泛的使用,特别是航空和航天工业的某些关键部件都大量采用这种方法进行加工。这种蚀刻液是通过游离酸和硝酸盐的比例来控制,这种方法能够成功地用于多种金属的化学蚀刻。王水型蚀刻过程中,从蚀刻液中溢出的气体绝大多数是由氮的氧化物所组成,氢的析出很微。这表明在王水型蚀刻液中金属和蚀刻液之间的反应不是一种H+的氧化作用,而可能是金属首先被HNO3氧化(通过氯化亚硝酰NOCl 来催化),氧化的金属离子迅速和Cl-络合而被溶解。随着腐蚀过程的进行,蚀刻液中的酸会被消耗或通过其他方式而损失。
土壤中元素的测定
王水提取 一 电感耦合等离子体质谱法可用于土壤中镉、钴、铜、铬、锰、镍、铅、 锌、钒、、、锑等元素的测定。其方法是利用王水的氧化性、氯离子的络合性以及氯气、亚硝氯和氯离子的催化作用,将有机质氧化,并将合金等难溶物转化为易溶的可测态。
其他
王水还可作为化学实验室的洗涤剂。其还具有较强的分解能力,可分解一些难溶的硫化矿物。
理化性质
物理性质
王水由硝酸和盐酸混合而成,通常比例为一份硝酸对三份盐酸。刚配好的王水是无色的,会迅速变为黄色液体,有氯的气味。王水还具有较强的挥发性 ,且随着温度的升高稳定性越差 。
化学性质
王水的氧化性
王水是一种比硝酸更强的氧化剂,具有很强的腐蚀性,能够溶解金和铂:
3Pt + 4HNO3 + 12HCl = 3PtCl4 + 4NO↑ + 8H2O
PtCl4 + 2HCl = H2PtCl6
Au + HNO3 + 3HCl = AuCl3 + NO↑ + 2H2O
AuCl3 + HCl = HAuCl4
王水能够溶解金和铂的原因,主要是由于大量Cl-的存在,能够形成配位离子:AuCl4- 和 PtCl6 2- ,从而改变了电极电势的结果。在没有Cl-存在下, HNO3和Cl₂都不易氧化Au, 但是当Au在 Cl- 存在下时,它的电极电势降低很多(或理解为由于形成AuCl4- 而增强了Au的还原能力。这时Cl₂或甚至浓硝酸也能氧化Au成AuCl4-)。所以王水能溶解 Au 的主要原因不是增强了王水的氧化能力,而是增强了金属的还原能力。
王水跟非金属的反应一般则需要加热,除了生成与浓酸相应的气体氧化物外,还会生成与非金属相应的气体氧化物和水 。而王水跟其他金属(铁、铜等)的反应跟与金、铂的反应原理相类似 ,生成相应的氯合物 、一氧化氮和水。
其他性质
王水还可与化学碱(例如:胺和无机氢氧化物)发生放热反应,形成盐和水。与氰化物盐反应生成有毒的氢氰酸气体。与二硫代氨基甲酸盐、异氰酸盐、硫醇、氮化物、、硫化物以及弱或强还原剂产生易燃、有毒气体。
制备与原理
将3体积盐酸(比重1.19)与1体积硝酸(比重1.38~1.40)相混合。其原理是硝酸氧化盐酸,放出游离氯,并生成氯化亚硝酸NOCl ,后分解成NO与 Cl2。其中氯化亚硝酸和氯都是过氧苯甲酰凝胶剂。由于王水不稳定,迅速变黄,需在使用前制备。
HNO3 + 3HCl =NOCl + Cl2 +2H2O
2NOCl =2NO + Cl2
安全事宜
人体危害
王水对人体皮肤、眼睛及粘膜会造成严重的灼伤。火灾时,王水与氰化物、硫化物等反应产生有毒气体;与水反应会产生大量热量,从而增加空气中烟雾的浓度。人体吸入金属烟雾或有毒气体和蒸气可引起肺部炎症,形成中毒性肺炎。
环境危害
王水本身不会燃烧,但加热时可产生有毒烟雾。王水对大多数金属,包括金和铂有强腐蚀性,并释放出易燃的氢气。
急救措施
如果受害者摄入或吸入王水,且出现不能呼吸的情况,救援人员不能直接进行口对口人工呼吸;需在进行人工呼吸前先清洗脸部和口腔,并及时脱掉其受污染的衣服和鞋子。如果接触到微量王水,需立即用流水冲洗皮肤或眼睛至少20分钟。并避免将王水沾染到未受影响的皮肤上。
消防措施
在发生火灾时,某些材料会与王水反应,产生有毒气体(如与氰化物反应生成氢氰酸有毒气体等)。小火可用二氧化碳(化物除外)、干粉、干砂、抗溶性泡沫灭火剂。大火可用喷水、雾气或抗乙醇泡沫灭火剂。
危害事故
1998年3月9日,台湾清华大学研究生洪某为一段校园多角恋将其密友许某杀害,并用王水将许某尸体腐蚀,造成尸体呈“半溶化”状态。
参考资料
Aqua regia.pubchem.2023-09-06