Kongevann

Kongevann eller aqua regia (latin) er en blanding av salpetersyre og saltsyre, optimalt i et molforhold på 1: 3. Aqua regia er en gul-oransje (noen ganger rød) røykende væske, kalt av alkymister fordi den kan oppløse edle metaller, gull og platina, men ikke alle metaller.^[1][2]

Kongevann
Andre navn
Aqua regia Kongevann Regalvann
Identifikatorer
CAS-nummer		8007-56-5
PubChem		90477010
SMILES		[N+](=O)(O)[O-].Cl
UNII		X3TT5X989E
Kjemiske egenskaper
Utseende		Rød, gul eller gull røykende væske
Tetthet		1.01–1.21 kg/m3
Smeltepunkt		−42 °C
Kokepunkt		108 °C

Produksjon og dekomponering

Ved blanding av konsentrert saltsyre og konsentrert salpetersyre oppstår kjemiske reaksjoner. Disse reaksjonene resulterer i de flyktige produktene, nitrosylklorid og klorgass^[3]:

${\displaystyle {\ce {HNO_{3 (aq)}{+}3HCl_{(aq)}->NOCl_{(g)}{+}Cl_{2 (g)}{+}2H2O_{(l)}}}}$

Nitrosylklorid kan videre spaltes til nitrogenoksid og klor:

${\displaystyle {\ce {2NOCl_{(g)}<=>2NO_{(g)}{+}Cl_{2 (g)}}}}$

Denne dissosiasjonen er likevektsbegrenset. I tillegg til nitrosylklorid og klor inneholder gassen over vannregion nitrogenoksid. Fordi nitrogenoksid reagerer lett med atmosfærisk oksygen, inneholder gassene som produseres også nitrogendioksid, NO₂:^[4]

${\displaystyle {\ce {2NO_{(g)}{+ }O_{2 (g)}-> 2NO_{2 (g)}}}}$

Kjemien

Oppløse gull

Aqua regia løser opp gull, selv om ingen av bestanddelene av syre vil gjøre det alene, fordi hver syre i kombinasjon utfører en annen oppgave. Salpetersyre er en kraftig oksidasjonsmiddel, som faktisk vil oppløse en nesten umulig mengde gull og danne gullioner (Au^{3 +}). Saltsyren gir en klar tilførsel av kloridioner (Cl⁻), som reagerer med gullionene for å produsere tetrakloroaurat (III) -ioner, i løsning. Reaksjonen med saltsyre er en likevektsreaksjon som favoriserer dannelse av klorauratanioner (AuCl⁴⁻). Dette resulterer i en fjerning av gullioner fra løsningen og tillater videre oksidasjon av gull å finne sted. Gullet oppløses for å bli kloroaursyre. I tillegg kan gull løses opp av klor som er tilstede. Egnede ligninger er:

${\displaystyle {\ce {Au + 3HNO3 +4HCl <=>> [AuCl4]- +3[NO2] +[H3O]+ +2H2O}}}$

eller

${\displaystyle {\ce {Au + HNO3 +4HCl <=>> [AuCl4]- +[NO] +[H3O]+ +H2O}}}$

Hvis aqua regia-oppløsningen bare inneholder gull, kan fast tetrakloraurinsyre fremstilles ved å koke av overflødig aqua regia, og fjerne gjenværende salpetersyre ved gjentatt oppvarming med saltsyre. Dette trinnet reduserer salpetersyre. Hvis elementært gull er ønsket, kan det reduseres selektivt med svoveldioksid, hydrazin, oksalsyre, etc.^[1] Ligningen for reduksjon av gull med svoveldioksid er:

${\displaystyle {\ce {2AuCl-_{4(aq)}+3SO_{2(g)}{+}6H2O_{(l)}->2Au_{(s)}{+}12H+_{(aq)}{+3SO_{4(aq)}^{2-}{+}8Cl_{(aq)}^{-}}}}}$

Første stadie.

Mellomstadie.

Sluttstadie.

Oppløse platina

Lignende ligninger kan skrives for platina. Som med gull kan oksidasjonsreaksjonen skrives med nitrogenoksid eller nitrogendioksid som nitrogenoksidprodukt:

${\displaystyle {\ce {Pt_{(s)}{+}4NO^{-}_{3 (aq)}{+}8H^{+}_{(aq)}-> Pt^{4+}_{(aq)}{+}4NO_{(g)}{+}4H2O_{(l)}}}}$

${\displaystyle {\ce {3Pt_{(s)}{+}4NO^{-}_{3 (aq)}{+}16H^{+}_{(aq)}-> 3Pt^{4+}_{(aq)}{+}4NO_{(g)}{+}8H2O_{(l)}}}}$

Det oksiderte platina-ionet reagerer deretter med kloridioner, noe som resulterer i kloroplatination:

${\displaystyle {\ce {Pt^{4+}_{(aq)}{+}6Cl^{-}_{(aq)}->PtCl^{2-}_{6 (aq)}}}}$Eksperimentelle bevis viser at reaksjonen av platina med aqua regia er betydelig mer kompleks. De første reaksjonene produserer en blanding av kloroplatinsyre (H₂PtCl₄) og nitrosoplatinisk klorid ((NO) ₂PtCl₄). Nitrosoplatinisk klorid er et fast produkt. Hvis full oppløsning av platina er ønsket, må gjentatte ekstraksjoner av gjenværende faste stoffer med konsentrert saltsyre utføres:

${\displaystyle {\ce {2Pt_{(s)}{+}2HNO3_{(aq)}{+}8 HCl_{(aq)}->(NO)2PtCl4_{(s)}{+}H2PtCl4_{(aq)}{+}4 H2O_{(l)}}}}$

og

${\displaystyle {\ce {(NO)2PtCl4_{(s)}{+}2 HCl_{(aq)}<=> H2PtCl4 _{(aq)}{+}2 NOCl_{(g)}}}}$

Klorplatinsyren kan oksideres til klorplatinsyre ved å mette løsningen med klor under oppvarming:

${\displaystyle {\ce {H2PtCl4_{(aq)}{+}Cl2_{(g)}-> H2PtCl6_{(aq)}}}}$

Å oppløse platina (fast form) i aqua regia var oppdagelsesmåten for de tetteste metallene iridium og osmium, som begge finnes i platina malm og ikke vil bli oppløst av syren, men samler seg i bunnen av karet.

Første stadium.

Mellomstadium.

Siste stadium
(Fire dager senere).

Utfelling av oppløst platina

Når platinagruppemateller renses med aqua regia uftelles gull ved behandling med jern (II) klorid. Platina i løsningen omdannes som heksaklorplatinat (IV) til ammoniumheksaklorplatinat ved tilsetning av ammoniumklorid. Dette ammoniumsaltet er ekstremt uoppløselig, og det kan filtreres av. Med sterk oppvarming konverterer det til platina metall:^[5]

${\displaystyle {\ce {3(NH4)2PtCl6 -> 3 Pt + 2N2 + 2NH4Cl + 16HCl}}}$

Uutfelt heksaklorplatinat (IV) reduseres med elementært sink, og en lignende metode er egnet for utvinning av platina fra laboratorierester i liten skala.^[6]

Reaksjon med tinn

Aqua regia reagerer med tinn for å danne tinn (IV) klorid, som inneholder tinn i sin høyeste oksidasjonstilstand:

${\displaystyle {\ce {4HCl + 2HNO3 +Sn ->SnCl4 +NO2 +NO +3H2O}}}$

Referanser

1. Renner, Hermann (15. september 2000). «Gold, Gold Alloys, and Gold Compounds». I Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (på engelsk). Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. s. a12_499. ISBN 978-3-527-30673-2. doi:10.1002/14356007.a12_499. Besøkt 5. oktober 2020.
2. Inorganic syntheses. Volume 7. New York. ISBN 978-0-470-13238-8. OCLC 86223250.
3. Princeton University. «Agua regia». Laboratory Safety Manual. Arkivert fra originalen 26. mars 2015. Besøkt 5. oktober 2020.
4. Principe, Lawrence,. The secrets of alchemy. Chicago. ISBN 978-0-226-68295-2. OCLC 781432393.CS1-vedlikehold: Flere navn: forfatterliste (link)
5. L. B. Hunt og F. M. Lever (1969). «Availability of the Platinum Metals» (PDF). Johnson Matthey & Co Limited: 126–138. Arkivert fra originalen (PDF) 29. oktober 2008. Besøkt 7. oktober 2020.
6. Inorganic syntheses. Volume 7. New York. s. 232. ISBN 978-0-470-13238-8. OCLC 86223250.