王水(Aqua regia),又叫硝基鹽酸、王酸,是由一體積濃硝酸和三體積濃鹽酸組成的混合物(硝酸和鹽酸的摩爾比1:3)。王水是一種腐蝕性非常強,冒著黃色霧的液體,具有強氧化性,可與金、鉑等貴金屬反應,其還可與堿及氰化物等反應。
王水是很強的氧化劑,能溶解貴金屬,因此被廣泛用于金等貴金屬的提煉;在油井施工方面,常用王水去除雜質以及作防腐劑;王水型蝕刻液在耐蝕鋼和合金的化學蝕刻中被廣泛應用,特別是航空和航天工業的某些關鍵部件都大量采用這種方法進行加工;王水還可用在土壤元素的測定等領域。
如果人體不慎吸入、攝入王水或接觸其蒸氣、灰塵等可能會導致嚴重燒傷。并且人體吸入王水反應生成的金屬煙霧或有毒氣體和蒸氣可引起肺部炎癥,形成中毒性肺炎。王水沾染到皮膚上,會引起皮膚灼傷。
相關歷史
約8世紀,阿拉伯煉金術士查比爾·伊本·赫揚用氯化銨(或鹽酸)與硝酸混合,制造出的溶液能溶解黃金,還可以把銀從金中分離出來。他通過干餾硝石方法制取硝酸并以此制造王水。查比爾在《東方水銀》、《爐火術》等著作中,記述了硝酸、王水、硝酸銀等的制法。
1803年,英國化學家史密森·坦南特,用王水溶解鉑后,觀察到燒瓶底部還有不溶黑色殘渣,由此發現金屬和不被王水溶解。
1940年,德國侵占丹麥,為防止物理學家馬克斯·馮·勞厄和詹姆斯·弗蘭克的諾貝爾獎章被奪走,化學家喬治·德·海維西用王水溶解了獎章。等戰爭結束后,又利用還原反應將黃金重新沉淀出來,重新鑄造了獎章。
應用領域
提煉貴金屬
王水常用于浸出貴金屬含量高,而還原組分含量低的礦物原料和中間產品。王水浸出貴金屬物料時,、釕、鋨、銥和氯化銀留在浸渣中,鉑、鈀、金則進入浸液中。浸液加熱趕硝后,可用亞鐵鹽還原法從浸液中回收金。然后用氯化銨沉鉑法回收鉑,用二氯二氨亞鈀法,從沉鉑后的母液中回收鈀。
油井中的應用
王水不僅對于各種金屬有極高的溶解能力,對于很多難溶的金屬氧化物也有很強的溶解能力。用王水處理油田含油巖心,可使其巖心滲透率提高200~1300%。這說明“王水”對砂粒表面的一些雜質起了相當大的破壞和溶蝕作用。??
王水處理主要應用在油層滲透率低、細菌比較發育、硫酸亞鐵沉淀較多的注水井中。此外,對鐵質和各種機械雜質堵塞的油井,用王水進行處理也是行之有效的方法。同時,在某些井施工時,可用每立方米王水加入氫氟酸13.2公斤作為防腐劑。
化學蝕刻中的應用
王水型蝕刻液在耐蝕鋼(如不銹鋼)和鎳合金的化學蝕刻中得到了廣泛的使用,特別是航空和航天工業的某些關鍵部件都大量采用這種方法進行加工。這種蝕刻液是通過游離酸和硝酸鹽的比例來控制,這種方法能夠成功地用于多種金屬的化學蝕刻。王水型蝕刻過程中,從蝕刻液中溢出的氣體絕大多數是由氮的氧化物所組成,氫的析出很微。這表明在王水型蝕刻液中金屬和蝕刻液之間的反應不是一種H+的氧化作用,而可能是金屬首先被HNO3氧化(通過氯化亞硝酰NOCl?來催化),氧化的金屬離子迅速和Cl-絡合而被溶解。隨著腐蝕過程的進行,蝕刻液中的酸會被消耗或通過其他方式而損失。
土壤中元素的測定
王水提取?一?電感耦合等離子體質譜法可用于土壤中鎘、鈷、銅、鉻、錳、鎳、鉛、?鋅、釩、、、銻等元素的測定。其方法是利用王水的氧化性、氯離子的絡合性以及氯氣、亞硝氯和氯離子的催化作用,將有機質氧化,并將合金等難溶物轉化為易溶的可測態。
其他
王水還可作為化學實驗室的洗滌劑。其還具有較強的分解能力,可分解一些難溶的硫化礦物。
理化性質
物理性質
王水由硝酸和鹽酸混合而成,通常比例為一份硝酸對三份鹽酸。剛配好的王水是無色的,會迅速變為黃色液體,有氯的氣味。王水還具有較強的揮發性 ,且隨著溫度的升高穩定性越差 。
化學性質
王水的氧化性
王水是一種比硝酸更強的氧化劑,具有很強的腐蝕性,能夠溶解金和鉑:
3Pt + 4HNO3 + 12HCl = 3PtCl4 + 4NO↑ + 8H2O
PtCl4 + 2HCl = H2PtCl6
Au + HNO3 + 3HCl = AuCl3 + NO↑ + 2H2O
AuCl3 + HCl = HAuCl4
王水能夠溶解金和鉑的原因,主要是由于大量Cl-的存在,能夠形成配位離子:AuCl4-??和?PtCl6?2-?,從而改變了電極電勢的結果。在沒有Cl-存在下,?HNO3和Cl?都不易氧化Au,?但是當Au在?Cl-?存在下時,它的電極電勢降低很多(或理解為由于形成AuCl4-?而增強了Au的還原能力。這時Cl?或甚至濃硝酸也能氧化Au成AuCl4-)。所以王水能溶解?Au?的主要原因不是增強了王水的氧化能力,而是增強了金屬的還原能力。
王水跟非金屬的反應一般則需要加熱,除了生成與濃酸相應的氣體氧化物外,還會生成與非金屬相應的氣體氧化物和水 。而王水跟其他金屬(鐵、銅等)的反應跟與金、鉑的反應原理相類似 ,生成相應的氯合物 、一氧化氮和水。
其他性質
王水還可與化學堿(例如:胺和無機氫氧化物)發生放熱反應,形成鹽和水。與氰化物鹽反應生成有毒的氫氰酸氣體。與二硫代氨基甲酸鹽、異氰酸鹽、硫醇、氮化物、、硫化物以及弱或強還原劑產生易燃、有毒氣體。
制備與原理
將3體積鹽酸(比重1.19)與1體積硝酸(比重1.38~1.40)相混合。其原理是硝酸氧化鹽酸,放出游離氯,并生成氯化亞硝酸NOCl ,后分解成NO與 Cl2。其中氯化亞硝酸和氯都是過氧苯甲酰凝膠劑。由于王水不穩定,迅速變黃,需在使用前制備。
HNO3 + 3HCl =NOCl + Cl2 +2H2O
2NOCl =2NO + Cl2
安全事宜
人體危害
王水對人體皮膚、眼睛及粘膜會造成嚴重的灼傷。火災時,王水與氰化物、硫化物等反應產生有毒氣體;與水反應會產生大量熱量,從而增加空氣中煙霧的濃度。人體吸入金屬煙霧或有毒氣體和蒸氣可引起肺部炎癥,形成中毒性肺炎。
環境危害
王水本身不會燃燒,但加熱時可產生有毒煙霧。王水對大多數金屬,包括金和鉑有強腐蝕性,并釋放出易燃的氫氣。
急救措施
如果受害者攝入或吸入王水,且出現不能呼吸的情況,救援人員不能直接進行口對口人工呼吸;需在進行人工呼吸前先清洗臉部和口腔,并及時脫掉其受污染的衣服和鞋子。如果接觸到微量王水,需立即用流水沖洗皮膚或眼睛至少20分鐘。并避免將王水沾染到未受影響的皮膚上。
消防措施
在發生火災時,某些材料會與王水反應,產生有毒氣體(如與氰化物反應生成氫氰酸有毒氣體等)。小火可用二氧化碳(化物除外)、干粉、干砂、抗溶性泡沫滅火劑。大火可用噴水、霧氣或抗乙醇泡沫滅火劑。
危害事故
1998年3月9日,臺灣清華大學研究生洪某為一段校園多角戀將其密友許某殺害,并用王水將許某尸體腐蝕,造成尸體呈“半溶化”狀態。
參考資料 >
Aqua regia.pubchem.2023-09-06