Τι είναι το Aqua Regia; Πώς διαλύει τον χρυσό;

Το Aqua regia είναι ένα πολύ ισχυρό οξύ που σχηματίζεται από το συνδυασμό νιτρικού οξέος και υδροχλωρικού οξέος. Ο όρος «aqua regia» είναι λατινικός για «βασιλικό νερό». Είναι δημοφιλές για την ικανότητά του να διαλύει χρυσό, παλλάδιο και πλατίνα, τα οποία δεν αντιδρούν εύκολα με χημικές ουσίες.

Το Aqua regia είναι ένα πολύ ισχυρό οξύ που σχηματίζεται από τον συνδυασμό πυκνού νιτρικού οξέος και πυκνού υδροχλωρικού οξέος, τα οποία είναι και τα δύο ισχυρά οξέα. Γενικά χρησιμοποιείται για την αφαίρεση μετάλλων όπως ο χρυσός και η πλατίνα από ουσίες, ειδικά σε εργαστήρια μικροηλεκτρονικής και μικροκατασκευών.

Η πλατίνα διαλύεται σε ζεστό aqua regia. (Φωτογραφία:Alexander C. Wimmer / Wikimedia Commons)

Ο όρος «aqua regia» είναι λατινικός για «βασιλικό νερό». Έχει δοθεί αυτό το όνομα από αλχημιστές του Μεσαίωνα επειδή είναι ένα «ειδικό» υγρό που θα μπορούσε ακόμη και να διαλύσει ευγενή μέταλλα, όπως ο χρυσός, η πλατίνα και το παλλάδιο, δηλαδή τα μέταλλα που συνήθως δεν αντιδρούν με άλλες χημικές ουσίες (σημειώστε ότι Το aqua regia δεν τα διαλύει όλα ευγενή μέταλλα).

Φόρμουλα και συνταγή Aqua regia

Δεδομένου ότι το aqua regia είναι απλώς ένα μείγμα δύο ισχυρών οξέων, δεν έχει τη δική του χημική φόρμουλα. Ωστόσο, μπορεί να αναπαρασταθεί ως HNO3+3 HCl, το οποίο ουσιαστικά δείχνει ότι είναι ένα μείγμα νιτρικού οξέος (HNO-3) και υδροχλωρικού οξέος (HCl).

Δομή Kings Water (υδροχλωρίδιο νιτρικού οξέος). (Φωτογραφία:Jzana / Wikimedia Commons)

Το διάλυμα Aqua regia είναι συνήθως ένα κίτρινο, κοκκινωπό-πορτοκαλί, ατμίζον υγρό και έχει μια ταχέως μεταβαλλόμενη σύνθεση. Το παραδοσιακό διάλυμα aqua regia αποτελείται από ένα μοριακό μείγμα 3:1 υδροχλωρικού οξέος και νιτρικού οξέος, αντίστοιχα.

Σημειώστε ότι το πυκνό νιτρικό οξύ είναι περίπου 65% και το πυκνό υδροχλωρικό οξύ είναι σχεδόν 35%, επομένως η αναλογία όγκου είναι γενικά 1 μέρος πυκνού νιτρικού οξέος προς 4 μέρη πυκνού υδροχλωρικού οξέος. Μια άλλη σημαντική προφύλαξη που πρέπει να λάβετε υπόψη είναι ότι πρέπει να προσθέσετε νιτρικό οξύ στο υδροχλωρικό οξύ και όχι το αντίστροφο. Συνήθως, παράγουν περίπου 10 χιλιοστόλιτρα aqua regia για πειραματικούς σκοπούς σε εργαστήρια.

Η χημική αντίδραση που ακολουθεί είναι η εξής:

Περιττό να πούμε ότι, δεδομένου ότι εδώ έχουμε να κάνουμε με πολύ ισχυρά οξέα, οι συμμετέχοντες χημικοί θα πρέπει να φορούν κατάλληλο προστατευτικό εργαστηριακό εξοπλισμό και ο χειρισμός της συσκευής πρέπει να γίνεται με τη μέγιστη προσοχή, καθώς το aqua regia είναι εξαιρετικά διαβρωτικό. Απελευθερώνει τοξικούς ατμούς και είναι πολύ επικίνδυνος εάν έρθει σε άμεση επαφή με το ανθρώπινο δέρμα.

Πώς το aqua regia διαλύει τον χρυσό;

Το Aqua regia είναι κυρίως δημοφιλές για την ικανότητά του να διαλύει χρυσό, παλλάδιο και πλατίνα, τα οποία δεν αντιδρούν εύκολα με χημικές ουσίες.

Ο λόγος που το aqua regia μπορεί να διαλύσει τον χρυσό (και μέταλλα όπως η πλατίνα και το παλλάδιο) είναι ότι καθένα από τα δύο συστατικά του οξέα (δηλαδή, υδροχλωρικό οξύ και νιτρικό οξύ) εκτελεί διαφορετική λειτουργία. Ενώ το νιτρικό οξύ είναι ένας εξαιρετικός οξειδωτικός παράγοντας, τα ιόντα χλωρίου από το HCl σχηματίζουν σύμπλοκα συντονισμού με ιόντα χρυσού, απομακρύνοντάς τα έτσι από το διάλυμα.

Οι παρακάτω είναι οι χημικές εξισώσεις που αντιπροσωπεύουν την αντίδραση μεταξύ χρυσού και aqua regia:

Όπως μπορείτε να δείτε από την παραπάνω εξίσωση, η μείωση της συγκέντρωσης των ιόντων Au3+ μετατοπίζει την ισορροπία προς την οξειδωμένη μορφή.

Ο χρυσός που υπάρχει στο aqua regia διαλύεται πλήρως για να σχηματίσει χλωροαυρικό οξύ (HAuCl4).

Χρήσεις και εφαρμογές Aqua regia

Δεδομένου ότι το aqua regia μπορεί να διαλύσει πλήρως τον χρυσό, χρησιμοποιείται για την παραγωγή χλωροαυρικού οξέος, το οποίο, με τη σειρά του, χρησιμοποιείται ως ηλεκτρολύτης σε μια διαδικασία καθαρισμού χρυσού υψηλότερης ποιότητας. Το Aqua regia χρησιμοποιείται επίσης για εργαστηριακό εξοπλισμό χαλάρωσης και καθαρισμού μετάλλων (ειδικά γυάλινα σκεύη από οργανικές ενώσεις).

Το Aqua regia αποτελεί αναπόσπαστο μέρος των διαδικασιών εξόρυξης και καθαρισμού χρυσού και πλατίνας.

Το Aqua regia και η ιστορία του Β' Παγκόσμιου Πολέμου

Το 1940, όταν η Γερμανία υπό την ηγεσία του Χίτλερ εισέβαλε στη Δανία, ο Ούγγρος χημικός George de Hevesy διέλυσε τα χρυσά μετάλλια του βραβείου Νόμπελ του Max von Laue και του James Franck σε aqua regia για να τους κρατήσει ασφαλείς από τα ναζιστικά στρατεύματα που λεηλάτησαν το εργαστήριο χημείας στο Niels. Ινστιτούτο Bohr.

György von Hevesy. (Φωτογραφία:Oeaw.ac.at / Wikimedia Commons)

Αφού διέλυσε τα χρυσά μετάλλια, τοποθέτησε το βάζο σε ένα ράφι που είχε πολλά άλλα βάζα και μπουκάλια, τα οποία έμοιαζαν όλα (τουλάχιστον στα ανεκπαίδευτα μάτια των Ναζί στρατιωτών, τα περισσότερα από τα οποία ήταν απίθανο να έχουν πτυχίο Χημείας).

Όλα αυτά τα μπουκάλια, συμπεριλαμβανομένου του βάζου που περιείχε τα διαλυμένα χρυσά μετάλλια των δύο Ούγγρων επιστημόνων, έμειναν ανέγγιχτα και ο κύριος De Hevesy και η μάλλον ασυνήθιστη πράξη ηρωισμού του έγιναν αθάνατοι στους διαδρόμους των εργαστηρίων χημείας σε όλο τον κόσμο.