化学试剂——王水王水(aqua regia) 又称“王酸”“硝基盐酸”,学名叫“氯化亚硝酰(NOCl)”,是一种腐蚀性非常强、冒黄色烟的液体,是浓盐酸(HCl)和浓硝酸(HNO3)组成的混合物,其混合比例从名字中就能看出:王,三横一竖,故盐硝比为3:1(体积比)。它是少数几种能够溶解金(Au)物质之一,这也是它名字的来源。王水一般用在蚀刻工艺和一些检测分析过程中,不过塑料之王——聚四氟乙烯和一些非常惰性的纯金属如钽(Ta)不受王水腐蚀(还有氯化银和硫酸钡等)。王水极易分解,有氯气的气味,因此必须现配现用。
发现历史有两位科学家,劳厄和弗兰克,曾获得1914年和1925年的物理学奖,德国纳粹政府要没收他们的诺贝尔奖牌,他们辗转来到丹麦,请求丹麦同行、1922年物理学奖得主玻尔帮忙保存。1940年,纳粹德国占领丹麦,受人之托的玻尔急得团团转。同在实验室工作的一位匈牙利化学家赫维西(1943年化学奖得主)帮他想了个好主意:将奖牌放入“王水”(盐酸与硝酸混合液)中,纯金奖牌便溶解了。玻尔于是将溶液瓶放在实验室架子上,来搜查的纳粹士兵果然没有发现这一秘密。战争结束后,溶液瓶里的黄金被还原后送到斯德哥尔摩,按当年的模子重新铸造,于1949年完璧归赵时,当时弗兰克工作的美国芝加哥市还专门举行了一个隆重的奖牌归还仪式。
原理虽然王水的两个组成部分单一无法溶解金,但它们联合起来却可以溶解金,原理是这样的:硝酸是一种非常强烈的氧化剂,它可以溶解极微量的金,而盐酸则可以与溶液中的金离子反应,形成氯化金,使金离子离开溶液,这样硝酸就可以进一步溶解金了:
王水及其氧化作用王水是由1体积的浓硝酸和3体积的浓盐酸混合而成的(严格地说是在其混酸中HNO3和HCl的物质的量之比为1∶3)。王水的氧化能力极强,称之为酸中之王。一些不溶于硝酸的金属,如金、铂等都可以被王水溶解(而铂必须被加热才能缓慢反应)。尽管在配制王水时取用了两种浓酸,然而在其混合酸中,硝酸的浓度显然仅为原浓度的1/4(即已成为稀硝酸)。但为什么王水的氧化能力却比浓硝酸要强得多呢?这是因为在王水中存在如下反应:
因而在王水中含有硝酸、氯分子和氯化亚硝酰等一系列强氧化剂,同时还有高浓度的氯离子。
王水的氧化能力比硝酸强,金等惰性金属不溶于单独的浓硝酸,而能溶解于王水,其原因主要是在王水中的氯化亚硝酰(NOCl)等具有比浓硝酸更强的氧化能力,可使金等惰性金属失去电子而被氧化:
(铂金反应很慢基本肉眼难以观察到)
同时高浓度的氯离子与其金属离子可形成稳定的络离子,如[AuCl4]-:
(理论上的化学式)
从而使金的标准电极电位减小,有利于反应向金属溶解的方向进行。总反应的化学方程式可表示为:
(其中铂金反应尚待研究)
由于金和铂能溶解于王水中,人们的金铂首饰(黄金)在被首饰加工商加工清洗时,常会在不知不觉中被加工商用这种方法偷取,损害消费者的利益。
王水能够溶解金和铂的原因,过去曾被认为是在王水中产生了原子氯和强氧化性的氯化亚硝基的缘故:
HNO3+3HCl=NOCl+Cl2+2H2O
现在看来,主要是由于大量氯离子的存在,能够形成配位离子,从而改变了电极电势的结果。以金为例:
Au与Cl配位形成AuCl4
+ 3e= Au; E = 1.52V AuCl4 + 3e= Au + 4Cl; E = 1.002V 可以看出,在没有氯离子存在下,硝酸和氯都不易氧化金,但是当金在氯离子存在下时,它的电极电势降低很多,换句话讲,由于形成AuCl4而增强了金的还原能力。这时氯甚至浓硝酸也能氧化Au成AuCl4。所以,王水能溶解金的主要原因不是王水的氧化能力被增强,而是金属的还原能力被增强。
用王水“做手脚”洗项链盗黄金2008年4月28日 内蒙古自治区鄂尔多斯市东胜区公安分局刑侦大队破获一起特殊的黄金盗窃案,犯罪嫌疑人是一名金银首饰加工店老板,这名吴姓老板利用给顾客清洗金项链之机盗窃黄金。盗窃行为败露后,这名盗金老板于4月18日被警方采取强制措施。
据介绍,4月1日下午,东胜区公安分局刑侦大队接到一市民报案称,自己的金项链在某金银首饰加工店进行清洗后,发现金项链不仅变瘦了,且项链上面的花纹也变得不清晰。他对金项链称重后发现,原来重达78克的金项链少了16.48克。
接警后,警方立刻赶到金银首饰加工店将店主带回讯问,同时将店内清洗金项链的药水拿回进行成分分析。经分析化验发现,原来店老板为了盗取黄金,专门用腐蚀性很强的“王水”清洗黄金项链。在证据面前,吴姓店老板交代,一般黄金等首饰清洗时,先用火烧,将黄金加热去除上面的油渍,然后将烧热的黄金放入盐酸溶液中清洗,这样上面的灰尘就被洗下来,而对黄金本身并没有损耗。但他为了谋利,将清洗溶液换成“王水”,利用化学反应窃取顾客的首饰黄金,浸泡时间越长窃取的黄金越多。
吴姓老板还交代,由于目前国家对首饰清洗没有统一标准和规定,所以一些小首饰加工店均以低价清洗为诱饵,等顾客光临后再用“王水”洗金子,这样的方法几乎成了业内公开的秘密,而且利润可观。针对这起特殊的黄金盗窃案,警方提醒清洗黄金首饰的人们,一定要到商业信誉好的大型正规金银首饰店进行委托加工或进行首饰清洗美容,切勿贪图便宜到一些管理较差的小店。
中国科学技术大学教授
王水院士王水院士,1942年4月出生,1961年毕业于南京大学,分配到中国科学技术大学任教至今。1978年评为副教授,1985年晋升教授,1986年被批准为博士生导师,1993年当选为中国科学院院士。现任中国地球物理学会理事长,中国空间科学学会常务理事,国际科联(ICSU)日地物理科学委员会(SCOSTEP)学科代表。主要从事空间物理领域研究。
20世纪70年代,与合作者率先在我国开展哨声和甚低频发射的观测和研究,提出了低纬导管哨声的观测证据。80年代与合作者发展了球坐标中的Euler全隐式计算格式和多维时变流动的近特征边界条件,对日冕扰动传播等太阳大气动力学现象开展了系统的磁流体力学数值研究。80年代末,与合作者研究了具有超Alfven速流动电流片的稳定性,讨论了其物理性质及其非线性演化。90年代与合作者研究了日冕电流片中的磁场重联过程,并出版了专著《磁场重联》。21世纪与合作者开展了空间等离子体物理的理论研究,通过全粒子数值模拟发现无碰撞磁场重联可以激发哨声波。已发表论文160余篇,培养了20多名博士生和硕士生,曾获得1993年国家自然科学二等奖、多项中国科学院自然科学奖及2000年何梁何利科学技术进步奖。