Царская водка

Царская водка (лат. Aqua Regia, Aqua Regis, A.R.) — смесь концентрированных азотной HNO3 (65—68 % масс.) и соляной HCl (32—35 % масс.) кислот, взятых в соотношении 1:3 по объёму (массовое соотношение, в пересчёте на чистые вещества, около 1:2).

Название не имеет отношения к спиртным напиткам и происходит от устаревшего значения слова «водка» (вода) и уникальной способности смеси растворять золото.

История исследования и использования

Лиса — алхимический образ царской водки на гравюре из «Книги двенадцати ключей» Василия Валентина, Musaeum Hermeticum, 1678

Задолго до открытия соляной кислоты в латинских текстах, приписываемых арабско-персидскому алхимику Геберу (Джабиру ибн Хайян) (VIII век), изложен способ получения царской водки путём сухой перегонки смеси селитры, медного купороса, квасцов и нашатыря в стеклянном, хорошо замазанном сосуде, снабжённом стеклянной крышкой или колпаком.

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). 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.). Алхимический символ царской водки был составлен из знака воды и прописной буквы R. Позднее царская водка описана Псевдо-Гебером, неизвестным алхимиком, трактаты которого стали распространяться в Европе в XIV веке.

Приготовление царской водки смешением концентрированных соляной и азотной кислот впервые описывается в «Алхимии» Андреаса Либавия (1597). 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 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

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. 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. Крепкий спиртной напиток, именуемый сейчас водкой, тогда называли «хлебным вином», «горячим вином», «зелено-вином» и так далее. В 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».

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, диоксида азота, хлора и нитрозилхлорида (хлористого нитрозила). Наличие среди продуктов взаимодействия хлорида нитрозила NOCl и хлора в сильнокислой среде делает царскую водку одним из сильнейших окислителей. Смесь готовят непосредственно перед её применением: при хранении она разлагается с образованием газообразных продуктов (образование диоксида азота и нитрозилхлорида придаёт царской водке окраску).

3 H C l + H N O 3 ⟶ C l 2 + N O C l + 2 H 2 O ; {displaystyle {mathsf {3HCl+HNO_{3}longrightarrow Cl_{2}+NOCl+2H_{2}O}};} 2 N O C l → 2 N O + C l 2 {displaystyle {mathsf {2NOCl ightarrow 2NO+Cl_{2}}}} 2 N O + O 2 ⟶ 2 N O 2 {displaystyle {mathsf {2NO+O_{2}longrightarrow 2NO_{2}}}}

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:

A u + 4 H C l + H N O 3 ⟶ H [ A u C l 4 ] + N O ↑ + 2 H 2 O {displaystyle {mathsf {Au+4HCl+HNO_{3}longrightarrow H[AuCl_{4}]+NOuparrow +2H_{2}O}}} 3 P t + 18 H C l + 4 H N O 3 ⟶ 3 H 2 [ P t C l 6 ] + 4 N O ↑ + 8 H 2 O {displaystyle {mathsf {3Pt+18HCl+4HNO_{3}longrightarrow 3H_{2}[PtCl_{6}]+4NOuparrow +8H_{2}O}}}

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. Родий и иридий в компактном состоянии устойчивы, но растворяются при нагревании в виде высокодисперсных порошков (черни).

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 не растворяет тефлон (фторопласт-4).

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.

Юникод

В Юникоде есть 2 алхимических символа царской водки (лат. Aqua regia).

Интересные факты

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 тетрахлорозолотой кислоты благополучно простояла среди сотен других вплоть до завершения 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.