Buzz
Nước cường toan (hay còn gọi là vương thủy [Hán Việt: 王水] hoặc vương toan [Hán Việt: 王酸]; tên tiếng Latinh là aqua regia, có nghĩa là 'nước hoàng gia') là chất ăn mòn mạnh, dạng lỏng, màu vàng, dễ bay hơi. Nó được tạo thành bằng cách pha trộn dung dịch acid nitric đậm đặc với acid hydrochloric đậm đặc, tỷ lệ tối ưu là 1:3 theo số mol. Nó là một trong số ít chất có khả năng hòa tan vàng và bạch kim. Nó được gọi là 'aqua regia' vì tính chất hòa tan các kim loại cao cấp như 'hoàng tộc' hoặc 'quý tộc', mặc dù tantal, iridi, và một số kim loại cực kỳ bền vững khác không bị hòa tan trong nước cường toan. Nó được sử dụng trong etsing acid và trong các quy trình phân tích. Do sự hình thành các hợp chất bay hơi như nitrosyl chloride (NOCl) và khí clo, nước cường toan mất tác dụng nhanh chóng và chỉ nên được pha trộn khi cần dùng.
Một số phương trình phản ứng
Các axit đơn chất trong dung dịch axit mạnh không thể hòa tan vàng. Khi kết hợp với nhau, chúng tạo thành dung dịch axit mạnh, mỗi loại axit thực hiện một vai trò riêng. Axit nitric (chất oxy hóa mạnh) hòa tan vàng trong lượng rất nhỏ, tạo thành ion vàng (Au+
3). Axit hydrochloric cung cấp các ion clo (Cl−
), các ion này kết hợp với ion vàng tạo thành các phức anion chloraurat (AuCl−
4). Phản ứng với axit hydrochloric là phản ứng hoàn toàn nên toàn bộ ion vàng sẽ hết sức dụng, cho phép quá trình oxy hóa vàng tiếp tục diễn ra. Hơn nữa, vàng có thể bị oxy hóa bởi clo tự do. Các phương trình của các phản ứng này được biểu diễn như sau:
- Au (rắn) + 3 NO−
3 (dung dịch) + 6 H+
(dung dịch) → Au+
3 (dung dịch) + 3 NO
2 (khí) + 3 H
2O (lỏng) - Au+
3 (dung dịch) + 4 Cl−
(dung dịch) → AuCl−
4 (dung dịch)
Trong trường hợp sản phẩm là nitơ monoxit thay vì nitơ dioxit, quá trình oxy hóa diễn ra:
- Au (vàng) + NO−
3 (dung dịch) + 4 H+
(dung dịch) → Au+
3 (dung dịch) + NO (khí) + 2 H
2O (lỏng)
Chuỗi phản ứng tan bạch kim trong dung dịch axit nitric (tương tự như với vàng):
- Pt (bạch kim) + 4 NO−
3 (dung dịch) + 8 H+
(dung dịch) → Pt+
4 (dung dịch) + 4 NO
2 (khí) + 4 H
2O (lỏng) - Pt (bạch kim) + NO−
3 (dung dịch) + H+
(dung dịch) → Pt+
4 (dung dịch) + NO (khí) + H
2O (lỏng)
Ion bạch kim sau khi bị oxy hóa lại phản ứng với ion clo tạo thành ion clo platinat.
- Pt+
4 (dung dịch) + 6 Cl−
(dung dịch) → PtCl−
62 (dung dịch)
Trong thực tế, phản ứng của bạch kim với axit nitric nồng độ cao phức tạp hơn. Các phản ứng ban đầu tạo ra hỗn hợp axit chloroplatinic (H
2PtCl
4) và nitrosoplatinic chloride ((NO)
2PtCl
4). Nitrosoplatinic chloride là chất rắn. Để hoà tan hoàn toàn bạch kim, phản ứng tạo ra kết tủa nitrosoplatinic chloride dư với axit hydrochloric đậm đặc phải được thực hiện nhiều lần.
- Pt (rắn) + 2 HNO
3 (dung dịch) + 4 HCl (dung dịch) → (NO)
2PtCl
4 (kết tủa) + 3 H
2O (lỏng) + 1/
2 O
2 (khí) - (NO)
2PtCl
4 (kết tủa) + 2 HCl (dung dịch) → H
2PtCl
4 (dung dịch) + NOCl (khí)
Acid chloroplatinic có thể bị oxy hóa thành acid chloroplatinic khi phản ứng với khí clo trong điều kiện nung nóng.
- 4H
2PtCl
4 (dung dịch) + Cl
2 (khí) → H
2PtCl
6 (dung dịch)
Sự phân ly của nước cường toan
Khi pha trộn dung dịch acid nitric đậm đặc và acid hydrochloric đậm đặc, các phản ứng hóa học sẽ bắt đầu diễn ra. Những phản ứng này tạo ra các chất dễ bay hơi như nitrosyl chloride (NOCl) và khí chlor, gây ra hiện tượng bốc khói tự nhiên trong nước cường toan. Màu vàng của các chất này làm cho nước cường toan có màu vàng đặc trưng. Vì các chất này bay hơi ra khỏi dung dịch, nước cường toan sẽ mất đi hiệu quả của nó.
- HNO
3 (dung dịch) + 3 HCl (dung dịch) → NOCl (khí) + Cl
2 (khí) + 2 H
2O (lỏng)
Nitrosyl chloride có thể bị phân hủy thành nitơ monoxide và khí chlor. Đây là quá trình phân hủy không hoàn toàn. Vì vậy, khói bốc lên từ nước cường toan chứa nitrosyl chloride, nitơ monoxide và khí chlor.
- 2 NOCl (khí) → 2 NO (khí) + Cl
2 (khí)
Lịch sử
Khi Đức xâm chiếm Đan Mạch trong Chiến tranh thế giới thứ II, nhà hóa học người Hungary George de Hevesy đã hòa tan các huân chương Nobel bằng vàng của Max von Laue và James Franck vào nước cường toan để ngăn chặn phát xít chiếm đóng. Ông lưu trữ dung dịch sau phản ứng trong ngăn sách của phòng thí nghiệm tại Viện Niels Bohr. Sau chiến tranh, ông trở lại và thấy dung dịch vẫn không thay đổi, tiến hành kết tủa để thu lại vàng từ axit. Số vàng này đã được trả về Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển để đúc lại các huân chương mới cho Laue và Franck.
