Царская водка

Царская водка
Общие
Сокращения	A.R.
Традиционные названия	Aqua Regia, Aqua Regis
Химическая формула	HNO3 + 3 HCl
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	жидкость жёлто-оранжевого цвета с сильным запахом хлора и диоксида азота
Плотность	1,01-1,21 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	-42 °C
Температура кипения	108 °C
Давление пара	21 мбар (при 20 °C)
Классификация
Рег. номер CAS	8007-56-5
Рег. номер PubChem	62687
Безопасность
Токсичность	0 4 0 OX

Ца́рская во́дка (лат. Aqua Regia, Aqua Regis, A.R.) — смесь концентрированных азотной $~\mbox{HNO}_3$ (65–68% масс.) и соляной $~\mbox{HCl}$ (35–38 % масс.) кислот, взятых в соотношении 1:3 по объему (массовое соотношение, в пересчёте на чистые вещества, около 1:2)^[1].

История

Царская водка впервые описана Псевдо-Гебером, неизвестным алхимиком, трактаты которого стали распространяться в Европе, начиная с VIII века. Задолго до открытия соляной кислоты в латинских текстах, приписываемых Геберу, изложен способ получения царской водки путём сухой перегонки смеси селитры, медного купороса, квасцов и нашатыря в стеклянном, хорошо замазанном сосуде, снабженном стеклянной крышкой или колпаком^[2].

В сочинениях Альберта Великого она называется aqua secunda («вторичная водка», а «первичная водка» — aqua prima — азотная кислота), у других алхимиков — aqua regia. В 1270 году Бонавентура указал на применяемый им собственный метод получения растворением нашатыря в «крепкой водке» (aqua fortis, азотная кислота)^[3]. Бонавентура также установил, что азотная кислота растворяет серебро, отделяя его от золота; используя царскую водку, он установил её способность растворять «царя металлов» — золото, считавшегося до некоторых пор неподверженным изменению. Таким образом появилось название aqua regia (также aqua regis, A.R.)^[4]. Алхимический символ царской водки был составлен из знака воды и прописной буквы R.

Приготовление царской водки смешением концентрированных соляной и азотной кислот впервые описывается в «Алхимии» Андреаса Либавия (1597)^[5]. Установление факта растворения благородных металлов в царской водке рассматривалось алхимиками как решение одной из важнейших задач алхимии: приготовление алкагеста — универсального растворителя. Использование царской водки в алхимической практике привело к существенному росту знаний о веществах и химических реакциях^[6] и способствовало становлению пробирного анализа и технической химии.

В работах Лавуазье царская водка именовалась нитромуриевой кислотой, в соответствии с представлениями о том, что выделяющийся газ (хлор) не что иное, как оксид элемента мурия, дефлогистированная соляная кислота.

В России её называли королевской водкой (М. В. Ломоносов, 1742 г.), царской водкой (М. Парпуа, 1796 г.), селитро-соляной кислотой (В. В. Петров, 1801 г.), азотноводохлорной кислотой (Г. И. Гесс, 1831 г.); известны и другие названия^[7]. Слово «водка» первоначально появилось в русском языке примерно в XIII—XIV веках как уменьшительное от слова «вода» и имело таковое значение основным вплоть до середины XIX века. Значение «спиртной напиток» слово «водка» приобрело где-то между XIV и XIX веками первоначально как диалектное, и лишь в конце XIX — начале XX века стало обозначать единственно «крепкий спиртной напиток».^[8].

Свойства

Представляет собой жидкость жёлто-оранжевого цвета с сильным запахом хлора и диоксида азота. Только что приготовленная царская водка бесцветна, однако быстро приобретает оранжевый цвет.

При взаимодействии HCl и HNO₃ образуется сложная смесь высокоактивных продуктов, в том числе ассоциатов и свободных радикалов. Наличие среди продуктов взаимодействия хлорида нитрозила NOCl и атомарного хлора in statu nascendi в сильнокислой среде делает царскую водку одним из сильнейших окислителей. Смесь готовят непосредственно перед её применением: при хранении она разлагается с образованием газообразных продуктов (именно выделение диоксида азота придаёт царской водке окраску) и теряет окислительные свойства.

$\mathsf{3HCl+HNO_3\longrightarrow 2Cl\cdot + NOCl + 2H_2O};$

$\mathsf{NOCl\longrightarrow NO + Cl\cdot}$

$\mathsf{2NO + O_2 \longrightarrow 2NO_2}$

Растворение платины в царской водке

Эффективность царской водки как окислителя в значительной степени связана с уменьшением потенциала окисления металлов вследствие образования хлоридных комплексных соединений. Комплексообразование в сильнокислой окислительной среде делает возможным растворение уже при комнатной температуре даже таких малоактивных металлов, как золото, платина и палладий:

$\mathsf{Au+4HCl+HNO_3\longrightarrow H[AuCl_4]+NO\uparrow+2H_2O};$

$\mathsf{3Pt+18HCl+4HNO_3\longrightarrow 3H_2[PtCl_6]+4NO\uparrow+8H_2O}.$

Скорость растворения (травления) золота в царской водке составляет примерно 10 мкм/мин. Рутений растворяется в царской водке только в присутствии кислорода воздуха, образуя комплексное соединение — гексахлорорутениевую кислоту^[9]. Родий и иридий в компактном состоянии устойчивы, но растворяются при нагревании в виде высокодисперсных порошков (черни)^[9].

Серебро не растворяется в царской водке из-за пассивации поверхности образующейся плёнкой хлорида серебра. Пассивация поверхности металла кислотоустойчивыми оксидами является причиной устойчивости к царской водке хрома, титана, тантала, циркония, гафния и ниобия.

Царская водка применяется как реактив в химических лабораториях, для очистки стеклянной посуды от следов органических веществ (например, в ЯМР-спектроскопии), в пробирном анализе благородных металлов и их сплавов, при аффинаже золота и платины, получении хлоридов металлов и другого.

Интересный факт

В нацистской Германии было запрещено принятие Нобелевской премии после того, как в 1936 году премию мира присудили противнику национал-социализма Карлу фон Осецкому. Немецкие физики Макс фон Лауэ и Джеймс Франк доверили хранение своих золотых медалей Нильсу Бору. Когда в апреле 1940 года немцы оккупировали Копенгаген, во избежание возможной конфискации сотрудник Института Нильса Бора химик Георг Хевеши растворил эти медали в царской водке (сам Хевеши был удостоен Нобелевской премии по химии в 1943 году).

После окончания войны сотрудники Нильса Бора выделили золото из раствора тетрахлорозолотой кислоты и передали его Шведской королевской академии наук, которая изготовила новые медали и вернула их фон Лауэ и Франку^[10].

См. также

• Алкагест

Примечания

1. ↑ Краткий справочник химика / сост. В. И. Перельман. М.: Госхимиздат, 1956. С. 430.
2. ↑ Анонимный трактат «О красном и белом» / Цит. по Рабинович В. Л. Алхимия как феномен средневековой культуры. — М.: Наука, 1979. — 269 с. (С. 55)
3. ↑ Европейская алхимия / Левченков С. И. Краткий очерк истории химии. — Ростов н/Д: Изд-во Рост. ун-та, 2006. — 112 с.
4. ↑ Джуа М. История химии. — М.: Мир, 1966
5. ↑ Азимов А. Краткая история химии. Развитие идей и представлений в химии. — М.: Амфора, 2002
6. ↑ Рабинович В. Л. Алхимия как феномен средневековой культуры. — М.: Наука, 1979
7. ↑ Манолов К. Великие химики. В 2-х томах. Т. I. Пер. с болг., 3-е изд. испр., доп. — М.: Мир, 1985.—465 с, ил.
8. ↑ Что означает слово «водка», имеется ли оно в других древнеславянских языках и когда оно впервые зафиксировано в русском языке / Похлёбкин В. В. История водки. — М: Центрполиграф, 2005. — ISBN 5-9524-1895-3
9. ↑ ^{1 2} Лучинский Г. П. Курс химии. Ч. 2
10. ↑ Stephan Schwarz. The case of the bottled Nobel medals (pdf). Архивировано из первоисточника 21 августа 2011. Проверено 29 октября 2009.