Nước cường toan

Nước cường toan
Nước cường toan (cường thủy; tên tiếng Latinh là aqua regia, tức "nước hoàng gia") là
chất ăn mòn mạnh, ở dạng lỏng, màu vàng, dễ bay hơi. Nó được tạo thành bằng cách trộn
lẫn dung dịch axít nitric đậm đặc và dung dịch axít clohiđric đậm đặc theo tỉ lệ 1:3. Nó là
một trong số ít thuốc thử có khả năng hòa tan
vàng và bạch kim. Nó có tên gọi "aqua
regia" vì đặc tính có thể hòa tan được những kim loại "hoàng tộc" hoặc "quý tộc", mặc dù
tantali, iridi, và một vài kim loại cực kỳ thụ động khác không bị hòa tan trong nước
cường toan. Nó được sử dụng trong việc khắc bằng axít và trong những thủ tục phân tích.
Do có sự hình thành các chất dễ bay hơi là nitrosyl clorua (NOCl) và khí clo, nước cường
toan sẽ nhanh chóng mất tác dụng cho nên nó chỉ được pha trộn khi cần sử dụng.
Nước cường toan hoạt động như thế nào?
Các axít riêng biệt trong nước cường toan tự nó không thể hòa tan được vàng. Khi kết
hợp với nhau tạo thành nước cường toan, mỗi axít thực hiện một nhiệm vụ khác nhau.
Axít nitric (chất ôxi hóa mạnh) sẽ hòa tan một lượng rất nhỏ vàng, tạo ra những ion vàng
(Au
3+
). Axít clohiđric sẵn sàng cung cấp những ion clo (Cl
-
), các ion này sẽ kết hợp với
ion vàng để tạo ra các anion cloraurat (AuCl
4
-
). Vì phản ứng với axít clohiđric là phản
ứng hoàn toàn nên các ion vàng sẽ kết hợp hết với các ion clo, cho phép sự ôxi hóa vàng
tiếp tục diễn ra. Cứ như vậy, vàng sẽ bị hòa tan hết. Thêm vào đó, vàng có thể bị ôxi hóa
bởi clo tự do. Các phương trình của những phản ứng trên được biểu diễn như sau:
Au (rắn) + 3 NO
3
-
(dung dịch) + 6 H

+
(dung dịch) → Au
3+
(dung dịch) + 3 NO
2

(khí) + 3 H
2
O (lỏng)
Au
3+
(dung dịch) + 4 Cl
-
(dung dịch) → AuCl
4
-
(dung dịch)
Phản ứng ôxi hóa trong trường hợp sản phẩm tạo thành là nitơ mônôxít thay vì nitơ
điôxít:
Au (rắn) + NO
3
-
(dung dịch) + 4 H
+
(dung dịch) → Au
3+
(dung dịch) + NO (khí)
+ 2 H
2
O (lỏng)

Chuỗi phản ứng hòa tan bạch kim trong nước cường toan (tương tự như với vàng):
Pt (rắn) + 4 NO
3
-
(dung dịch) + 8 H
+
(dung dịch) → Pt
4+
(dung dịch) + 4 NO
2

(khí) + 4 H
2
O (lỏng)
Pt (rắn) + 4/3 NO
3
-
(dung dịch) + 16/3 H
+
(dung dịch) → Pt
4+
(dung dịch) + 4/3
NO (khí) + 8/3 H
2
O (lỏng)
Ion bạch kim sau khi bị ôxi hóa lại phản ứng với ion clo tạo thành ion cloroplatinat.
Pt
4+
(dung dịch) + 6 Cl
-

(dung dịch) → PtCl
6
2-
(dung dịch)
Trong thực tế, phản ứng của bạch kim với nước cường toan phức tạp hơn. Những phản
ứng ban đầu tạo ra hỗn hợp axít cloroplatinơ (H
2
PtCl
4
) và nitrosoplatinic clorua
((NO)
2
PtCl
4
). Nitrosoplatinic clorua là chất rắn. Nếu muốn hòa tan hoàn toàn bạch kim,
thì phản ứng tạo ra kết tủa nitrosoplatinic clorua dư với axít clohiđric đậm đặc phải được
thực hiện lặp đi lặp lại nhiều lần.
Pt (rắn) + 2 HNO
3
(dung dịch) + 4 HCl (dung dịch) → (NO)
2
PtCl
4
(kết tủa) + 3
H
2
O (lỏng) + 1/2 O
2
(khí)
(NO)

2
PtCl
4
(kết tủa) + 2 HCl (dung dịch) → H
2
PtCl
4
(dung dịch) + NOCl (khí)
Axít cloroplatinơ có thể bị ôxi hóa thành
axít cloroplatinic khi phản ứng với khí clo trong
điều kiện đun nóng.
H
2
PtCl
4
(dung dịch) + Cl
2
(khí) → H
2
PtCl
6
(dung dịch)
Sự phân ly của nước cường toan
Nếu trộn lẫn dung dịch axít nitric đậm đặc và dung dịch axít clohiđric đậm đặc thì các
phản ứng hóa học sẽ bắt đầu xảy ra. Những phản ứng này tạo ra các chất dễ bay hơi là
nitrosyl clorua (NOCl) và khí clo, dẫn đến sự bốc khói tự nhiên của nước cường toan.
Màu vàng của các chất này làm cho nước cường toan có màu vàng đặc trưng. Vì các chất
tạo thành bay hơi khỏi dung dịch, nên nước cường toan sẽ mất hiệu nghiệm.
HNO
3

(dung dịch) + 3 HCl (dung dịch) → NOCl (khí) + Cl
2
(khí) + 2 H
2
O (lỏng)
Nitrosyl clorua có thể bị phân ly thành nitơ mônôxít và khí Clo. Đó là quá trình phân ly
không hoàn toàn. Do đó, khói bốc lên từ nước cường toan có chứa nitrosyl clorua, nitơ
mônôxít và khí clo.
2 NOCl (khí) → 2 NO (khí) + Cl
2
(khí)'
Lịch sử


Chân dung Jabir ibn Hayyan, bản vẽ tay thời trung cổ, tác giả: Khuyết danh
Axít clohidric được phát hiện lần đầu tiên vào khoảng năm 800 bởi nhà giả kim người
Hồi giáo Jabir Ibn Hayyan (Gaber), bằng cách trộn muối ăn với axít sulfuric. Phát minh
của Jabir về nước cường toan, bao gồm axít clohiđric và axít nitric, đã đóng góp vào sự
cố gắng tìm kiếm đá tạo vàng của những nhà giả kim thuật.
Khi Đức xâm chiếm Đan Mạch trong Chiến tranh thế giới thứ II, nhà hóa học người
Hungary George de Hevesy đã hòa tan những huân chương Nobel bằng vàng của
Max
von Laue và James Franck vào nước cường toan để ngăn không cho bọn phát xít ăn cắp
chúng. Ông đã cất giữ dung dịch sau phản ứng trên ngăn sách trong phòng thí nghiệm của
mình tại học viện Niels Bohr. Sau chiến tranh, ông trở lại, thấy dung dịch không hề suy
chuyển, tiến hành kết tủa để thu lại vàng ra khỏi axít. Số vàng này đã được hoàn trả về
viện Hàn Lâm Khoa học Hoàng Gia Thụy Điển để đúc lại những huân chương mới cho
Laue và Franck.[1]