Царская водка. И это вовсе не алкогольный напиток. Рассказываю, что это такое на самом деле.
Царская водка — это смесь концентрированных азотной HNO3 (65—68 % масс.) и соляной HCl (32—35 % масс.) кислот, взятых в соотношении 1:3 по объёму.
Название происходит от устаревшего значения слова «водка» (вода) и интересной способности смеси растворять царский металл - золото.
Первое упоминание о жидкости, способной растворять золото, относится к работам знаменитого арабско-персидского алхимика Гебера (Джабира ибн Хайяна), который жил в VIII веке. В своих записях он изложил способ получения такой жидкости путём сухой перегонки смеси селитры, медного купороса, квасцов и нашатыря в стеклянном, хорошо замазанном сосуде, снабжённом стеклянной крышкой или колпаком.
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.). Вообще, 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.
Царская водка - это жидкость жёлто-оранжевого цвета с сильным запахом хлора и диоксида азота. Только что приготовленная царская водка бесцветна, но очень быстро становится оранжевой.
Как она работает? Разберёмся.
Азотная и соляная кислоты, встречаясь в одном объёме и взаимодействуя, дают сложную смесь продуктов реакции, в том числе атомарный хлор Cl и нитрозилхлорид NOCl. А если учесть сильнокислую среду в месте их встречи, то понятно, что окислитель получается, мягко говоря, не слабый. Обычно смесь готовят непосредственно перед применением, потому что при хранении она просто разлагается. Кстати, по этой же самой причине в лабораториях запрещается хранить рядом азотную и соляную кислоты.
Итак, взаимодействие двух кислот описывается сразу тремя уравнениями, поскольку в одно оно не вмещается:
HNO3 + 3HCl = NOCl + 2Cl + 2H2O
NOCl = NO + Cl
Итого: HNO3 + 3HCl = NO + 3Cl + 2H2O
Оранжевый цвет её объясняется моментальным взаимодействием NO с кислородом воздуха и образованием "лисьего хвоста" NO2. Реакцию даже не буду писать, она элементарна.
Наконец, эта адова смесь добирается до золота и окисляет его сразу до золотохлористоводородной кислоты (нетрудно посчитать, что степень окисления золота здесь максимальна и равна +3):
Au + 3Cl + HCl = H[AuCl4]
Общая картина процесса:
Au + 4HCl + HNO3 = H[AuCl4] + NO + 2H2O
Вот и подходящее видео нашлось.
Серебро не растворяется в царской водке из-за пассивации поверхности образующейся плёнкой хлорида серебра. По этой же причине устойчивы к царской водке такие "титаны" как сам титан, хром, тантал, цирконий, гафний и ниобий.
Интересный факт о царской водке.
В нацистской Германии было запрещено принятие Нобелевской премии после того, как в 1935 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 Дьёрдь де Хевеши растворил эти медали в царской водке (сам Хевеши был удостоен Нобелевской премии по химии в 1943 году). Банка с раствором золотохлористоводородной кислоты благополучно простояла среди сотен других вплоть до окончания оккупации Дании.
После окончания войны Хевеши выделил золото из раствора и передал его Шведской королевской академии наук и Нобелевскому фонду. Из него изготовили новые медали, которые были возвращены фон Лауэ и Франку.
А вот как Хевеши это сделал, спросите вы? На самом деле, технология очистки золота с помощью царской водки хорошо известна ювелирам. По сути, это процесс перекристаллизации, когда вещество, которое необходимо очистить, сначала растворяют в растворителе, потом фильтруют полученный раствор, при этом примеси остаются в фильтрате, выпаривают растворитель и - получите и распишитесь - чистое вещество у вас на ладони. Так вот, золото из раствора можно восстановить с помощью подходящего восстановителя, например, сульфат железа (II) прекрасно с этим справляется. Химия процесса такова:
H[AuCl4] + 3FeSO4 = Fe2(SO4)3 + FeCl3 + HCl + Au
Конечно, полученное золото нужно ещё промыть, но это уже дело техники. А получается оно действительно очень чистым, наивысшей пробы.
Вот такая она, водка по-царски.
