Woda królewska
Także: Aqua regia
Woda królewska to silnie utleniająca mieszanina kwasów: stężonego kwasu solnego i azotowego (3:1), która jako jedyny płynny odczynnik jest w stanie rozpuścić metale szlachetne złoto i platynę.
Woda królewska (łaciński aqua regia, "królewska woda") to świeżo przygotowana mieszanina trzech części objętościowych stężonego kwasu solnego (HCl, 37 %) i jednej części objętościowej stężonego kwasu azotowego (HNO3, 65 %). Nazwa pochodzi z alchemii średniowiecza i wskazuje na to, że mieszanina ta jest w stanie rozpuścić "królów metali" - złoto i platynę - czego nie potrafi ani kwas solny, ani azotowy z osobna.
Mechanizm chemiczny
Wyjątkowa reaktywność powstaje dzięki współdziałaniu obu kwasów: kwas azotowy działa jako silny utleniacz i utlenia metal, podczas gdy jony chlorkowe kwasu solnego tworzą stabilne kompleksy chlorkowe, które wyciągają utleniony metal z równowagi i tym samym napędzają rozpuszczanie.
Dla złota równanie reakcji netto brzmi:
Au + 4 HCl + HNO3 -> HAuCl4 + NO(gaz) + 2 H2O
Powstający tetrachlorozłocian(III) (HAuCl4) jest rozpuszczalny w wodzie i stanowi podstawę mokrego pozyskiwania i rafinacji złota. Platyna reaguje analogicznie do heksachloroplatynianu(IV) (H2PtCl6).
Ważne: świeżo zmieszana woda królewska ulega w ciągu godzin rozkładowi wskutek wewnętrznych reakcji redoks do chlorku nitrozylu (NOCl) i dalszych produktów rozpadu. Musi być zatem zawsze świeżo przygotowywana.
Które metale się rozpuszczają - a które nie?
| Metal | Zachowanie w wodzie królewskiej |
|---|---|
| Złoto (Au) | Rozpuszcza się całkowicie -> HAuCl4 |
| Platyna (Pt) | Rozpuszcza się całkowicie -> H2PtCl6 |
| Pallad (Pd) | Rozpuszcza się |
| Rod (Rh) | Rozpuszcza się bardzo wolno (dopiero na gorąco) |
| Iryd (Ir) | Prawie się nie rozpuszcza (bardzo odporny) |
| Srebro (Ag) | Nie rozpuszcza się - warstwa AgCl pasywuje |
| Wolfram (W) | Nie rozpuszcza się |
| Tantal (Ta) | Nie rozpuszcza się |
Srebro natychmiast tworzy nierozpuszczalną warstwę ochronną z chlorku srebra i dlatego jest odporne na wodę królewską. To zasadnicza różnica względem próby kwasowej z kwasem azotowym, przy której srebro natomiast reaguje.
Zastosowania w branży metali szlachetnych
- Rozdzielanie i rafinacja: rafinerie stosują wodę królewską do roztwarzania złomu złota, sztabek Dore i stopów. Rozpuszczone złoto jest następnie wytrącane jako złoto czyste za pomocą środków redukujących (np. dwutlenku siarki lub siarczynu sodu).
- Analityka: w chemii mokrej i spektroskopii woda królewska służy do całkowitego roztworzenia próbek rud i materiału wtórnego (recykling, złom elektroniczny) przed ilościowym oznaczeniem zawartości metali szlachetnych.
- Sprawdzanie autentyczności: profesjonalne sprawdzanie autentyczności monet i sztabek ze złota wykorzystuje wodę królewską jako jednoznaczny dowód: prawdziwy złom złota się rozpuszcza, pozłacenia na metalu nieszlachetnym reagują inaczej lub wcale. Uzupełniająco obliczenie wartości przetopienia daje szybką rachunkową kontrolę wiarygodności.
- Recykling katalizatorów: przy odzysku metali grupy platynowców z katalizatorów samochodowych woda królewska jest standardowym odczynnikiem, ponieważ selektywnie rozpuszcza Pt, Pd i Rh z nośników ceramicznych.
Wskazówki bezpieczeństwa
Woda królewska jest niezwykle agresywna i podczas mieszania wytwarza trujące tlenki azotu (NOx) oraz śladowo gaz chlorowy. Wolno się z nią obchodzić wyłącznie pod dygestorium i z odpowiednim wyposażeniem ochronnym (rękawice nitrylowe, okulary ochronne, fartuch kwasoodporny). Dla laików użycie nie jest zalecane; profesjonalne rafinerie metali dysponują niezbędną infrastrukturą.
W skrócie
Woda królewska jest kluczową substancją chemiczną w chemii metali szlachetnych: tylko ta mieszanina kwasów niezawodnie rozpuszcza złoto i platynę, umożliwiając tym samym zarówno precyzyjną analizę, jak i wielkoprzemysłową rafinację tych cennych metali. Kto zna aktualną cenę złota lub cenę platyny jako podstawę wyceny złomu, może wraz z profesjonalną analizą w wodzie królewskiej dokładnie ustalić rzeczywistą wartość materiału.