Woda królewska – cena, zastosowanie, jak ją zrobić?

Woda królewska jest bardzo silnym kwasem, który bez większego trudu roztwarza nawet złoto i inne metale szlachetne, takie jak platyna czy pallad. Sprawdź, z czego składa się woda królewska, jakie ma zastosowanie, właściwości i historię powstania.

Definicja

Woda królewska (łac. aqua regia) to mieszanina stężonego kwasu solnego i azotowego w stosunku objętościowym 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. Odporność ta jednak zanika po przekroczeniu temperatury reakcji 100 °C.

Właściwości chemiczne i fizyczne

Czysta woda królewska zaraz po uzyskaniu jest bezbarwna, jednak już w przeciągu kilku sekund przybiera barwę 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 charakteryzuje się wysoką zawartością chlorku nitrozylu (NOCl), który w warunkach pokojowych jest żółtopomarańczowym gazem i to właśnie on nadaje jej charakterystyczną barwę.

Woda królewska w zamkniętym układzie zamkniętym 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 Woda królewska 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. W połączeniu z solami cyjankowymi, tworzy cyjanowodór.

Zastosowanie

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. Z racji tego, że związki zawarte w wodzie królewskiej bardzo szybko ulegają rozkładowi i zwyczajnie traci ona na swojej efektywności, sporządza się ją na krótko przez jej wykorzystaniem w konkretnej reakcji chemicznej. Niemniej jednak nawet po dłuższym czasie, pozostaje ona silnie żrąca.

Roztwarzanie złota

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⁺). Kwas solny z kolei jest bogatym źródłem ujemnych jonów chloru (Cl⁻), które reagują z jonami złota tworząc aniony kwasu tetra-chlorozłotowego(III).

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. W celu uzyskania czystego złota, całość może zostać selektywnie zredukowana dwutlenkiem siarki, hydrazyną lub kwasem szczawiowym.

Roztwarzanie platyny

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. Znajdowały się one w złożach platyny i nie ulegały roztworzeniu po zastosowaniu kwasu, osadzając się na dnie naczynia.

Historia powstania

Pierwsze wzmianki o wodzie królewskiej pojawiły się w pismach średniowiecznego alchemika, znanego jako Pseudo-Geber (najprawdopodobniej Hiszpana lub Włocha). Jako pierwszy opisał on kwas siarkowy, a także podał metodę wytwarzania stężonego kwasu azotowego.

Pismo o którym mowa to „De inventione veritatis” (ang. On the Discovery of Truth). Można to przetłumaczyć jako „Droga do prawdy”. Dokument ten pochodzi z XIV wieku, a sam Pseudo-Gaber opisał w nim kolejne etapy pozyskania wody królewskiej.

Do wykonania tytułowej substancji, chemik wykorzystał minerał o nazwie Salmiak rodzimy (chlorek amonu) oraz kwas azotowy. Proces pozyskiwania wody królewskiej znany nam dzisiaj, możliwy stał się dopiero 200 lat później w XVI wieku, kiedy to wynaleziono metodę na pozyskiwanie kwasu solnego w stanie wolnym.

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. Po zakończonej wojnie udało się odzyskać złoto, które finalnie trafiło do Szwedzkiej Akademii Nauk oraz Fundacji Nobla.

Bardziej aktualną ciekawostką jest również to, że dzięki roztwarzaniu złota pochodzącego ze starych smartfonów, organizatorzy Igrzysk Olimpijskich 2020 mogli przygotować złote medale dla sportowców.

Cena

Wodę królewską można bez problemu kupić w różnych sklepach internetowych. Za 100 ml wody królewskiej trzeba zapłacić ok. 25-30 zł. Z uwagi jednak na to, że w skład odczynników wchodzi kwas azotowy, sprzedaż wody królewskiej dostępna jest wyłącznie dla podmiotów gospodarczych lub na specjalne oświadczenie.

Identyfikacja