Задача 5. Сколько миллилитров 36%-ной соляной кислоты (плотность 1,183) потребуется для растворения 9,85 г золота в царской водке
Подгруппа элементов медь - серебро - золото. Строение атомов, сравнен ние структуры электронных оболочек атомов щелочных металлов н атомов элементов подгруппы меди. Аналогия и различие в свойствах этих металлов. Положение меди, серебра и золота в ряду напряжений. Отношение этих металлов к кислороду, воде и кислотам. Растворение золота в царской водке. Окислы и гидроокиси. Важнейшие соли. Окислительные свойства ионов благородных металлов. Комплексные соединения.
Отсутствие надежных данных по кислородному перенапряжению объясняется сложностью процесса анодного образования кислорода и почти неизбежным наложением на него побочных и вторичных реакций. Прежде всего необходимо напомнить, что обратимый кислородный электрод экспериментально реализовать чрезвычайно сложно, и, следовательно, входящая в уравнение (20.5) величина не определяется опытным путем. Ее обычно рассчитывают теоретически. Для выделения газообразного кислорода из растворов кислот необходимо, чтобы потенциал анода был более положительным, чем равновесный потенциал кислородного электрода (+ 1,23 В при ан = 1 и 25° С), на величину кислородного перенапряжения, отвечающую данной плотности тока. Однако еще до достижения такого высокого положительного потенциала больщинство металлов термодинамически неустойчивы, и вместо реакции выделения кислорода идет процесс их анодного растворения или окисления. Для изучения кинетики выделения кислорода из кислых сред можно использовать поэтому только металлы платиновой группы и золото (стандартные потенциалы которых ноложительнее потенциала кислородного электрода), а также некоторые другие металлы, защищенные от растворения в кислотах стойкими поверхностными оксидами. В щелочных растворах, где равновесный потенциал кислорода менее положителен (при аоп-= 1 и 25° С он составляет около +0,41 В), в качестве анодов применяют также металлы группы железа, кадмий и некоторые другие. Установлено, что в условиях выделения кислорода поверхность всех металлов, включая платину и золото, оказывается в большей или меньшей степени окисленной, и поэтому кислород выделяется обычно не на самом металле, а на его оксидах.
Напишите уравнения реакций растворения золота и платины в царской водке. Чем объяснить высокую окислительную способность этой смеси кислот
Свежий раствор хлорида золота (III) для рафинирования получают в специальных ваннах растворения (рис. 16). Ванны имеют цилиндрическую форму и их изготовляют из фарфора. В них устанавливают кольцевую пористую фарфоровую диафрагму по одну сторону диафрагмы подвешивают аноды из рафинированного золота, по другую - обычные катоды. В анодное пространство заливают более концентрированную (2 1), а в катодное- более разбавленную (1 1) соляную кислоту. Электролиз ведут при напряжении 3-4 в и плотности тока 1000-1500 а/м. При этом на анодах происходит растворение золота, а на катодах- выделение водорода. Анолит обогащается золотом. Указанным способом можно получить раствор хлорида золота (III) высокой концентрации (350-450 г/л Аи),
Поскольку из исходной смеси металлов с концентрированной азотной кислотой взаимодействует только медь, то по объему выделившегося оксида азота(IV) (6,72 л) по уравнению (1) можно рассчитать количество растворенной меди. Оно равно 9,6 г. Так кйк медь и золото в соляной кислоте не растворяются, то по уравнению (2), зная
Как называется смесь кислот, растворяющая благородные металлы Напишите реакцию растворения золота в смеси соляной и азотной кислот.
Одна из первых попыток приложения атомистической теории к химическим явлениям принадлежит Даниилу Зеннерту. В его трудах говорится о простых атомах (элементах) и элементах второго порядка, которые напоминают молекулы. Это было важным нововведением в корпускулярную теорию, ибо в старом атомизме молекуле не было места. Зеннерт подчеркивал, что атомы, например, золота, растворенного в какой-либо кислоте, при сублимации сохраняют свою индивидуальность и потому могут быть извлечены из своих соединений. Это явственно предвосхищает взгляды Бойля, который ссылается на Зеннерта в своей книге Химик-скептик (1661 г.).
Например, итальянский химик и историк химии М. Джуа, посвятивший в 1925 г. специальную работу сопоставлению атомистических взглядов Р. Бойля и П. Гассенди, нашел, что свои представления о комбинации качественно однородных атомов в качественно различные ансамбли Бойль вынужденно - по велению опыта - координировал с представлениями о химических элементах. Бойль заключил, что корпускулы, из которых образованы тела, остаются неизменными при различных превращениях последних . Основанием для такого заключения служил опыт действие на золото царской водки, а на серебро, медь и ртуть азотной кислоты приводит к исчезновению этих металлов и их переходу в раствор, но их корпускулы, растворенные в кислоте, должны сохраняться без изменения, потому что из этих растворов можно снова получить исходные металлы (с. 92). Исходя из такого вполне логичного. заключения, М. Джуа при.ходит к выводу, что исследования Бойля вели к объяснению химических реакций на основе понятия элемента (там же).
Селен и теллур содержатся обычно в меди, золоте, серебре, никеле в виде соединений типа uzSe, AgjTe и др. При анодном растворении эти металлов селениды и теллуриды остаются не разложенными, образуя осадок на аноде или тонкую взвесь, переходящую к катоду и загрязняющую катодный металл. При электролизе серебра в азотнокислых растворак эти соединения окисляются в селенистую и теллуристую кислоты.
При растворении золота в царской водке получается комплексная тетрахлорозолотая, или золотохлористоводородная, кислота
Немецкий иатрохимик Д. Зеннерг (1572-1637) одним из первых сделал попытку применить атомистическое учение к некоторым химическим явлениям. Так, он утверждал, что атомы золота, растворенные в кислоте, при сублимации сохраняют все свои свойства и вследствие этого могут извлекаться из соединений.
Для анализа ртути на содержание золота некоторое количество ртути, которое в зависимости от ожидаемого количества золота колеблется в широких пределах (от нескольких граммов до 1-2 кг и больше), растворяют в азотной кислоте (1 4), не содержащей галогенидов и золота. Растворение ведут при умеренном нагревании на водяной бане до тех пор, пока от взятой навески ртути не останется 1-2 г, при этом внимательно следят за тем, чтобы раствор,
Интересные особенности возникают, если в растворе присутствует комплексообразователь, образующий с ионами металла достаточно прочные комплексы. При этом равновесный П(зтенциал металла смещается в отрицательную сторону и становится возможным растворение металлов, которые в отсутствие комплексообразователя не растворяются. Так, например, медь медленно растворяется в растворах цианида калия с одновременным выделением водорода. Золото растворяется в присутствии КС1 и растворенного кислорода. Комплексообразованне играет важную роль при растворении благородных металлов (золота, платины и др.) в царской водке. Окислительно-восстановительный потенциал царской водки более отрицателен, чем окислительно-восста-новительный потенциал азотной кислоты. Однако присутствие в царской водке ионов хлора, образующих прочные комплексы с благородными металлами, смещает равновесный потенциал металла в отрицательную сторону настолько, что происходит саморастворение металла (например. Au), не растворяющегося в концентрированной HNO3.
Для металлов переходных групп характерна сильно пониженная способность к растворению в кислотах и к анодному растворению после обработки поверхности этих металлов окислителями. Такое состояние металлов называется пассивностью. Для хрома, золота и платины достаточно воздейстиия кислорода воздуха для того, чтобы эти металлы перешли в пассивное состояние. Если железо погрузить в концентрированную азотную кислоту, то оно становится пассивным и не растворяется в разбавленной азотной кислоте. Можно перевести в пассивное состояние железо, хром, никель и другие металлы, обработав их окислителями, например опустив в раствор бихроматов, нитратов и др.
Метод декорирования заключается в том, что на поверхность (обычно свежий излом) конгломерата или монокристалла способом вакуумного распыления наносится небольшое количество вещества, не образующего с исследуемым материалом химического соединения. В результате напыленное вещество, количество которого обычно меньше, чем нужно для образования сплошной моно-молекулярной пленки, концентрируется только на активных участках поверхности объекта (дефектах, узлах и т. п.), образуя зародыши кристаллов и делая эти участки видимыми (декорируя их). Наиболее широкое распространение получило декорирование минералогических объектов золотом. Последовательность операций при декорировании, например, конгломерата каолинита следующая конгломерат разламывают в руках для обнажения свежей поверхности, один из кусочков материала помещают в вакуумную установку и нагревают до 300-450°С в течение 15-30 мнн для очистки поверхности от примесей и приставших частиц через несколько минут после прекращения нагрева без нарушения вакуума производят распыление золота, а затем на поверхность наносят угольную пленку (реплику), которую отделяют растворением образца в плавиковой кислоте.
Изучение зависимости температуры на электролизере при анодном растворении золота от мембранной плотности тока проводилось на том же 6-камерном электролизере. Кривые I-VI рис. 3 показывают изменение температуры в ячейках I-VI в зависимости от мембранной плотности тока при одинаковой анодной плотности тока. Конечные точки кривых соответствуют концентрации золото-хлористоводородной кислоты в анолите, равной 400 г/л- Более высокая температура наблюдается при высоких мембранных плотностях тока (кривые I-///), когда рабочая поверхность мембраны составляет 10, 20 и 40% от поверхности анода, а при 80 и 100%-ной рабочей поверхности мембраны сохраняется более низкая температура (кривые У-У/). Из полученных данных можно заключить, что оптимальными условиями для анодного растворения золота по температуре анолита (50- 53° С) являются условия, когда поверхность мембраны составляет 80-100% от поверхности анода, что согласуется с зависимостью падения напряжения па мембране от плотности тока (рис. 3).
Тефлон отличается рядом выдающихся свойств. Так, по своей химической стойкости он превосходит не только все высокомолекулярные вещества (природные, искусственные и синтетические), но и металлы, даже благородные - золото и платину. Вполне стоек против кислот, щелочей, солей, окислителей. Даже такой сильнейший окислитель, как царская водка (смесь кислот азотной и соляной), не действует на тефлон, в то же время указанный реактив растворяет золото и платину. Было испытано много сотен различных реагентов, но выяснилось, что они не действуют на тефлон вплоть до температур кипения. ОказалосЁ, что только фтор и щелочные металлы (расплавленные ИЛИ растворенные в жидком аммиаке) агрессивны в отношении тефлона. Далее, смола чрезвычайно устойчива к действию агентов, вызывающих коррозию. Вода даже при длительном соприкосновении
Нитрит натрия - один из самых старых и наиболее часто употребляемых осадителей для золота. Интересный вариант метода описан Джеймсоном , который добавлял к водному раствору золота сначала палочку нитрита калия,а затем концентрированную серную кислоту. Золото выделялось в течение нескольких минут в виде больших хлопьев, которые легко отделялись декантацией. Хольцер и Цауссингер применяли нит. рит натрия при осаждении золота из очень разбавленных солянокислых растворов ювелирных сплавов платины (методика 29). Раствор нейтрализовали по фенолфталеину до pH 8,3-10 и отмывали отфильтрованное золото азотной кислотой. Гилкрист осаждал золото нитритом натрия при pH около 1,5 (до красно-оранжевой окраски по тимоловому синему) и затем нейтрализовал до pH 8-9. В методике 30 описано осаждение иридия, меди, цинка и никеля и последуюш,ая экстракция неблагородных металлов. Автор обращал внимание на необходимость отмывания осадка гидроокисей от нитрита перед их растворением в кислоте, чтобы избежать растворения золота. Позднее Гилкрист установил, что полное осаждение золота нитритом натрия происходит при pH 4,8-6,4, что устанавливается по изменению окраски хлорфенолового красного. Нитрит натрия - один из лучших реагентов, связывающих платиновые металлы в растворимые комплексы, и поэтому Гилкрист применял
При взаимодействии некоторого количества металлического цинка с раствором К[Аи(СЫ)г] было выделено 7,89 г металлического золота. Для растворения такого же количества металлического цинка требуется 14,6 г 10%-ного раствора соляной кислоты. Определить эквивалент золота.
Растворение золота и платиновых металлов в царской водке становится термодинамически возможным благодаря комилексо-образованкю, а большая скорость реакции обеспечивается наличием в растворе хлора и хлористого нитрозила, активно взаимодействующих с этими металлами. Указанные металлы растворяются в концентрированной азотной -кислоте и в присутствии других комплексообразователей, но процесс протекает очень медленно.
Анодный шлам от рафинирования металла д орэ (золотистого серебра) содержит, кроме 30-70% серебра, также значительные количества золота и иногда платиноиды. Серебро отделяют растворением его в азотной кислоте, а остаток сплавляют, отливают в аноды и направляют на рафинирование золота.
Связывание в комплексные ионы служит средством сдвига равновесия реакций. Очень характерны трансформации в ряду активности металлов, если раствор содержит какой-либо мощный комплексообразующий лиганд. Так, железо не вытесняет меди из аммиачных растворов медного купороса цинк не восстанавливает платины из растворов H , а растворяется в них с выделением водорода. Наоборот, в растворах, содержащих комплексообразующие агенты, легко растворяются даже благородные металлы так, общеизвестно окисление Аи и Та азотной кислотой в присутствии H I и HF соответственно, растворение золота в цианид-ных ваннах под действием кислорода воздуха.
В фильтрате IV после выделения родия остается иридий и в виде примесей железо, никель, медь, хром. Иридий выделяют из этого раствора в виде гидроокисей (осадок II) (см. гл. IV, стр. 120). При осаждении иридий захватывает железо, икель, хром. Если содержание этих металлов в растворе велико, то их отделяют от иридия нитрованием после растворения осадка II в НС1. Затем нитриты переводят в хлориды и снова выделяют иридий гидролитическим методом. В растворе III, полученном после первого осаждения родия и иридия, остается платина (золото). Платину выделяют фосфорноватистой кислотой или формамидинсульфином (см. гл. IV). Если выделенная платина содержит золото, го осадок III растворяют в НС1, содержащей бром, и отделяют золото щавелевой кислотой (см гл. IV, стр, 132).
В XVI-XVII вв. многочисленные анализы сухим и мокрым путем привели исследователей к заключению, что в результате разложения сложных веществ получаются тела, которые далее уже не разлагаются и сохраняют свой состав и свойства. Ученых интересовали реакции металлов в растворе. А. Сала, Д. Зеннерт и Я. Ван Гельмонт пытались доказать, что выделение меди при добавлении железа к синему купоросу объясняется пе превращением металлов, как считали Парацельс, Либавий и др., а присутствием меди в купоросе. Д. Зеннерт показал также, что золото можно извлечь из кислот, в которых оно было растворено. Это зависело, по его мнению, от атомов, сохранивших свою индивидуальность во время процесса растворения.
При избирательной коррозии, как и при обесцинковании, происходит преимущественное растворение одного или нескольких компонентов сплава. При этом образуется пористый скелет, сохраняющий первоначальную форму изделия. Избирательная коррозия характерна для сплавов благородных металлов, таких как Аи-Си или Ли-Ag, и используется на практике при рафинировании золота. Например, сплав Аи-Ай, содержащий более 65 % золота, устойчив в концентрированной азотной кислоте, как и само золото. Однако сплав, содержащий около 25 % Аи и 75 % Ag, реагирует с концентрированной НЫОз с образованием АёНОз и чистого золота в виде пористого остатка или порошка. Медные сплавы, содержащие алюминий, могут повергаться коррозии, аналогичной обесцинкованию, о преимущественным растворением алюминия.
В трудах Бойля (1660) дано описание способа обезвоживания винного спирта перегонкой над прокаленным винным камнем (ио-ташем) и пад едкой известью. Ученый установил, что винный спирт растворяет соли некоторых металлов (например, хлориды железа и меди), а также серу и фосфор он наблюдал, что яичный белок свертывается при действии на него винным спиртом. Р. Бойль использовал винный снирт в смеси со снегом для получения холода, применял пламя спирта для получения высоких температур, например для плавления золотых пластинок. Он был одним из первых учепых, который довольно четко сформулировал отличительные признаки кислот по способности 1) энергично растворять различные тела, осаждать серу и другие вещества, растворенные в щелочах 2) изменять синюю окраску сока некоторых цветов в красную (использовал цветные индикаторы лакмус, куркума, кошениль, фиалковый и васильковый сок, настой морены и фернамбукового дерева). Все эти особенности кислот исчезают, если привести их в соприкосновение со щелочами.
Царская водка. Нагревают серебряную проволоку и листовое золото с азотнйй кислотой средней концентрации. Серебро растворяется с выделением оксидов азота. Золото удается перевести в раствор лишь после добавления трехкратного количества конц. НС1. Растворению золота благоприятствует образование комплексной кислоты.
При обр1аб Отке сплава, золота и меди онцентряроваяиой азотной кислотой выделилось 4,48 л газа. Пр И раствореняя остатка в царской водке (смесь трех объемов соляной кислоты и одного объема
Существует несколько способов переработки шламов. Обычно первой операцией является очистка шлама от меди, которую осуществляют либо сульфатизирующим обжигом (нагреванием шлама до 500-600° С в смеси с серной кислотой) и последующим выщелачиванием в воде, либо растворением меди в серной кислоте в присутствии кислорода воздуха. В результате такой обработки содержание меди в шламе должно снизиться до 0,5-4,5%- Затем шлам поступает в отражательную печь, где сначала обжигается, а потом плавится в присутствии кварцевого песка, соды и окислителя - селитры. Все металлы, за исключением серебра и золота, ошлаковываются, а в печи остается расплав, содержащий до 80-95% Ад и до 15-20% Ап, который отливается в слитки (металл Дорэ) и отправляется на аффинажные заводы. ]
Иногда у рядового обывателя появляется желание отделить золото от различных примесей. На первый взгляд, растворение золота (а без этого его просто не выделить) процедура достаточно трудоемкая, но осуществимая, нужно лишь знать, какими ингредиентами можно пользоваться, а какими нельзя.
Процесс извлечения чистого золота через его растворение может осуществляться различными способами. Некоторые его получают путем цианирования.
Под цианированием следует понимать процедуру извлечения посредством цианистого калия. Другие используют для отделения фтор.
Следует заметить, что эта процедура очень опасная. Дело в том, что процесс осуществим лишь на чрезвычайно высоких температурах. Кроме того, фтор относится к одним из самых ядовитых веществ в природе.
Самым популярным способом считается растворение золота при помощи «царской водки». Примечательно то, что «царская водка» применяется в этой сфере с 1270, а в России, с 1742 года, и до сих пор эта методика является безусловным лидером.
Также, если появилась потребность из обычного золота 585 пробы сделать 999, и здесь окажется незаменимым помощником.
Что потребуется для процесса и за счёт чего металл растворяется?
Прежде чем приступить к непосредственной процедуре, следует знать, как растворить золото. Также необходимо заранее подготовить:
Многие удивляются, как так происходит, что смесь кислот растворяет царя металлов. На самом деле при соединении двух видов кислот и драгоценного металла, появляется новый продукт.
Называется он тетрахлораурат водорода, или если по иному — золотохлористоводородная кислота.
Сам процесс реакции происходит следующим образом — Au + HNO3 + 4 HCl = HAuCl4 + NO + 2 H2O.
Это своеобразное уравнение дает объективно понять, что для процесса растворения 1 гр.
Драг металла потребуется не менее 5 мл реактивной жидкости. Что самое интересное, в качестве растворителя выступает не азотная кислота, а серная.
Азотная кислота в данном случае требуется лишь для того чтобы выступить в роли катализатора.
Первым делом, если в качестве материала выступает лом драг металла, либо изделия с примесями, следует провести очистку посредством феромагнитного вмешательства.
Далее процесс продолжается в виде обработки чистой азотной, либо других кислот. Только после этого можно приступать к непосредственному растворению.
Начинать следует с точных замеров пропорций. То есть, если в потенциальном материале масса равняется 1 грамму, следует приготовить 3.75 миллилитров концентрированной соляной кислоты, после чего все смешать в таре.
Практически сразу после смешивания должны наступить растворяемые процессы. Как только реакция завершится, раствор сливается и повторяется как в первом случае.
После добавления 2 порции соляной кислоты, колбу необходимо подвергнуть нагреву. В процессе нагрева не спеша вносится следующая составляющая в виде азотной кислоты.
Если изначальное соотношение кислот равняется 3 к 1, то на 1 грамм металла понадобится 1.25 мл азотной кислоты и ни в коем случае не больше, так как в следующем этапе ее будет сложно выделить.
В течение короткого времени драгоценный металл полностью растворится, но следует заметить, под определением полностью имеется ввиду исключительно золотая составляющая. Другие составляющие, например, серебряные имеют свойство пассивироваться.
Как только весь процесс подошел к стадии завершения, следует выждать 20-30 минут, поддерживая температуру нагрева на прежнем уровне.
Одно маленькое, но важное замечание! Мало знать в чём растворяют золото, необходимо следовать чётким рекомендациям и обязательно соблюдать технику безопасности.
Ни в коем случае при нагреве не следует допускать процесса кипения. Если это произойдет, драг металл начнет выпадать в осадок раньше времени, а это значительно осложнит дальнейший этап осаждения аурума в чистом виде.
Самородное золото, вероятно, было первым металлом, с которым познакомился человек. С древнейших времен блеск золота сопоставлялся с блеском солнца, на латыни − sо1; отсюда и русское название этого металла. Английское gо1d, немецкое Со1d, голландское goud, шведское и датское guld (отсюда, кстати, гульдены) в европейских языках связаны с индоевропейским корнем ghelи даже с греческим богом солнца Гелиосом. Латинское название золота аurum означает «желтое» и родственно с Авророй (Аurorа) − утренней зарей. Яркий желтый цвет ассоциируется с золотом и в поэтических произведениях: «В багрец и золото одетые леса…» (А С. Пушкин).
У алхимиков золото считалось царем металлов, его символом было лучезарное солнце, а символом серебра − луна (в этой связи интересно, что отношение цены золота и серебра в Древнем Египте соответствовало отношению солнечного года к лунному месяцу). Когда алхимики открыли царскую водку − смесь соляной и азотной кислот, они с удивлением обнаружили, что она растворяет золото. Так появился символический средневековый рисунок: лев (царская водка), пожирающий солнце (золото). В современных обозначениях процесс растворения золота в царской водке выглядит несколько иначе:
Аu + 4НС1 + НNО 3 = НАuС1 4 + NO + 2Н 2 O
После осторожного выпаривания такого раствора выделяются желтые кристаллы комплексной золотохлористоводородной кислоты НАuСl 4 ∙3H 2 O.
Но только ли царская водка способна воздействовать на золото? Оказывается, золото не может сопротивляться действию многих веществ и смесей. Из простых веществ на золото действует озон (образуется коричневый оксид Аu 2 О 3 , а при нагревании оно реагирует с газообразными фтором, хлором, бромом и йодом с образованием тригалогенидов: оранжевого фторида АuF 3 , красного хлорида АиС1 3 , коричневого бромида АuВr 3 , и темно-зеленого йодида АuI 3 , (поэтому золотые кольца боятся йодной настойки; как показал эксперимент, йодная настойка довольно быстро растворяет золотое покрытие с позолоченных электрических контактов). Йодид AuI 3 при повышенной температуре отщепляет йод с образованием светло-желтых кристаллов АuI 3 . С хлорной водой золото реагирует уже при комнатной температуре с образованием НАuСl 4 . Растворяется золото и в жидком броме.
Помимо царской водки золото растворяется также в горячей концентрированной селеновой кислоте Н 2 SеО 4 , которая при этом восстанавливается до селенистой:
2Аu + 6Н 2 SеO 4 = Аu 2 (SеO 4) 3 + 3Н 2 Sе0 3 + 3Н 2 0
Если к горячей серной кислоте добавить окислитель (нитрат, перманганат, хромовую кислоту, диоксид марганца и др.), такой раствор тоже будет действовать на золото. Намного легче золото растворяется уже при комнатной температуре (при доступе воздуха) в водных растворах цианидов щелочных и щелочноземельных металлов. Реакции способствует образование очень прочных комплексных цианидов:
4Аu + 8КСN + 2Н 2 O + O 2 → 4К[Аu(СN) 2 ] + 4КОН
Этот процесс (цианирование), открытый в 1843 г. русским инженером П. Р. Багратионом, лежит в основе важного промышленного способа извлечения золота из руд. А при анодном растворении золота в растворе щелочи (КОН) образуется аурат калия К[АuO 2 ] и анодный осадок Аu 2 О 3 .
Как видим, золото далеко не так благородно, как это принято считать. Оно реагирует со многими химическими веществами. Правда, в быту с этим явлением, как правило, можно не считаться. Ведь трудно представить, чтобы кто-то опустил палец с золотым кольцом в горячий концентрированный раствор селеновой кислоты. Хотя лучше избегать контакта золотых изделий с йодной настойкой − водно-спиртовым раствором йода и йодида калия, который действует на золото: 2Аu + I 2 + 2КI = 2К[АuI 2 ] (и тем более на медь или серебро, с которыми золото сплавлено). А вот работникам цианидных и других производств необходимо считаться с возможностью коррозии золотых изделий!
Золото - крайне малоактивный металл. Даже в природе оно встречается, в основном, в виде самородков (в отличие от щелочных и щелочноземельных металлов, находящихся исключительно в составе минералов или других соединений). При долгом нахождении на воздухе оно не окисляется кислородом (сей благородный металл ценят в том числе и за это). Поэтому найти, в чем растворяется золото, достаточно сложно, но можно.
Промышленный метод
При добыче золота из так называемых золотоносных песков приходится работать со взвесью примерно одинаково мелких частиц золота и песчинок, которые нужно отделить друг от друга. Можно сделать это с помощью промывания, а можно использовать цианид натрия или калия - разницы нет. Дело в том, что золото образует растворимый комплекс с цианид-ионами, а песок не растворяется и остается как есть.
Ключевым моментом в этой реакции является наличие кислорода (того, что содержится в воздухе, достаточно): кислород окисляет золото в присутствии цианид-ионов и получается комплекс. При недостаточном количестве воздуха или сама по себе без цианида реакция не идет.
Сейчас это наиболее распространенный способ промышленного получения золота. Конечно, до получения конечного продукта еще много стадий, но нас интересует конкретно этот этап: растворы цианидов - то, в чем растворяется золото.
Амальгама
Процесс амальгамации также применяют в промышленности, только уже при работе с рудами и твердыми породами. Суть его заключается в способности ртути образовывать амальгаму - интерметаллическое соединение. Строго говоря, ртуть в этом процессе не растворяет золото: оно остается в амальгаме в твердом виде.
При амальгамации идет смачивание породы жидкой ртутью. Однако процесс "вытягивания" золота в амальгаму долгий, опасный (пары ртути ядовиты) и малоэффективный, поэтому этот метод уже редко где применяют.
Царская водка
Есть много кислот, способных разъедать живые ткани и оставлять страшные химические ожоги (вплоть до летального исхода). Однако нет такой одиночной кислоты, в какой растворяется золото. Из всех кислот подействовать на него может только знаменитая смесь - царская водка. Это азотная и соляная (хлороводородная) кислоты, взятые в соотношении 3 к 1 по объему. Замечательные свойства этого адского коктейля обусловлены тем, что кислоты берутся в очень больших концентрациях, что сильно повышает их окислительную способность.
Царская водка начинает действовать с того, что азотная кислота начинает окислять сперва соляную, и в ходе этой реакции образуется атомарный хлор - очень реакционноспособная частица. Именно она идет на атаку золота и образует с ним комплекс - золотохлористоводородную кислоту.
Это очень полезный реактив. Очень часто золото хранят в лаборатории именно в виде кристаллогидрата такой кислоты. Нам же оно служит лишь подтверждением того, что золото растворяется в царской водке.
Стоит еще раз обратить внимание на то, что окисляет металл в этой реакции не одна из двух кислот, а продукт их взаимной реакции. Так что если взять, например, одну лишь "азотку" - известную кислоту-окислитель - ничего не выйдет. Ни концентрация, ни температура не смогут сделать так, чтобы золото растворилось в азотной кислоте.
Хлорка
В отличие от кислот, в частности хлороводородной кислоты, отдельные вещества могут стать тем, в чем растворяется золото. Широко известная бытовая хлорка - раствор газообразного хлора в воде. Конечно, обычным магазинным раствором ничего не сделаешь, нужны концентрации повыше.
Хлорная вода действует следующим образом: хлор диссоциирует на соляную и на хлорноватистую кислоты. Хлорноватистая кислота под светом разлагается на кислород и соляную кислоту. В таком разложении выделяется атомарный кислород: как и атомарный хлор в реакции с царской водкой, он очень активен и окисляет золото за милую душу. В итоге опять получается комплекс золота с хлором, как и в предыдущем способе.
Другие галогены
Кроме хлора, золото также неплохо окисляют и другие элементы седьмой группы таблицы Менделеева. В полной мере сказать о них: "то, в чем растворяется золото" - трудно.
С фтором золото может реагировать по-разному: при прямом синтезе (с температурой 300-400°С) образуется фторид золота III, который в воде немедленно гидролизуется. Он настолько неустойчив, что разлагается даже при воздействии плавиковой (фтороводородной) кислоты, хотя среди фторид-ионов ему должно быть комфортно.
Также действием сильнейших окислителей: фторидов благородных газов (криптона, ксенона) можно получить и фторид золота V. Такой фторид вообще взрывается при контакте с водой.
С бромом дела обстоят несколько проще. Бром в обычных условиях - жидкость, и золото неплохо рассеивается в его растворах, образуя растворимый бромид золота III.
С йодом золото также реагирует при нагревании (до 400°С), образуя йодид золота I (такая степень окисления объясняется меньшей активностью йода по сравнению с другими галогенами).
Таким образом, золото, несомненно, реагирует с галогенами, однако растворяется ли золото в них - спорное утверждение.
Раствор Люголя
На самом деле, йод (обычный йод I 2) в воде нерастворим. А растворим его комплекс с йодидом калия. Это соединение называется раствором Люголя - и он умеет растворять золото. Между прочим, им же часто смазывают горло болеющим ангиной, так что не все так однозначно.
Эта реакция также идет через образование комплексов. Золото образует с йодом комплексные анионы. Используется, как правило, для травления золота - процесс, при котором взаимодействие идет только с поверхностью металла. Раствор Люголя удобен в этом случае, потому что в отличие от царской водки и цианидов, реакция идет заметно медленнее (и реактивы доступнее).
Бонус
Говоря о том, что одиночные кислоты - это то, в чем золото не растворяется, мы немного соврали - на самом деле такие кислоты есть.
Хлорная кислота - одна из самых сильных кислот. Ее окислительные свойства чрезвычайно высоки. В разбавленном растворе они проявляются плохо, однако в больших концентрациях творят чудеса. При реакции образуется ее соль перхлорат золота - желтый и неустойчивый.
Из кислот, в каких растворяется золото, есть еще горячая концентрированная В результате также образуется соль - селенат золота красно-желтого цвета.
Царская водка представляет собой состав концентрированных соляной и азотной кислот в соотношении по объему 1:3. Данный синтез имеет сильнейшую окислительную способность, растворяя даже золото. Но почему она так называется? Все просто, царская водка, способна растворить «царя металлов», то есть золото, а водка от ласкательного водица. В трудах Альберта Великого эта субстанция упоминалась как «aqua secunda» вторичная водка, позже другие алхимики в своих сочинениях называли её «aqua regia (regis)».
История царской водки
Поворотным ключом в развитии химии стал XIII век, когда алхимики открыли сильные минеральные кислоты, способные растворять многие нерастворимые в воде вещества. До этого мир знал лишь о уксусной кислоте, известной еще с античных времен. Вновь открытые кислоты оказались в миллион раз сильнее, что вынесло алхимию на новый рубеж, ведь стало возможным производить множество химических процессов и реакций. Так вскоре была открыта и азотная кислота, названная «aqua fortis» - крепкая вода, разъедающая всё, что вступало с ней в контакт, за исключением золота, все известные на то время металлы. Спустя три века открыли хлористый водород (соляную кислоту).В 1597 году алхимик Андреас Либавия впервые описал приготовление царской водки, путём смешивания концентрата азотной и соляной кислоты. До этого были попытки получения алкагеста, перегоняя в стеклянном сосуде сухим путем смеси селитры, нашатыря, медного купороса и квасцов и накрывая крышкой или колпаком. Этот способ был описан в XIV веке алхимиком Псевдо-Гебером, но был очень кропотливым и сложным, к тому же такая смесь могла справиться с серебром, но золото было ему неподвластным. И вот в XVI веке универсальный растворитель всё же был найден и изобретение «царская водка» способствовало становлению технической химии и усовершенствованию пробирного анализа.
Из каких кислот состоит царская водка
Что касается состава царской водки, оказалось, что химическая смесь соляной и азотной кислоты при взаимодействии своих компонентов усиливает свои способности в несколько раз. Смесь получилась настолько сильной, что в ней растворяется золото, и даже платина при соотношении 1:4 (соляная кислота при реакции с азотной кислотой высвобождает хлор, при этом раствор зеленеет, а частицы свободного хлора атакуют золото).Формула взаимодействия выглядит так:
Кислота азотная окисляет кислоту соляную
HNO3 + 3HCl = NOCl + Cl2 + 2H2O.
Во время этого процесса появляется два активных вещества: нитрозилхлорид и хлор, которые в состоянии растворить золото:
Au + NOCl2 + Cl2 = AuCl3 + NO.
Хлорид золота моментально присоединяет к себе молекулу HCl, при этом образуется тетрахлорозолотая кислота, еще известна в народе как «хлорное золото»: AuCl3 + HCl = H (AuCl4).
Приготовление царской водки в домашних условиях должно проходить с соблюдением всех мер безопасности и хорошо проветриваемом помещении.
Чтобы приготовить царскую водку, Вам понадобиться обзавестись двумя основными ингредиентами: концентрированная соляная и азотная кислота.
Так же настоятельно рекомендуем использовать только стеклянные пробирки (с отметками) и стеклянную палочку для равномерного размешивания «гремучей смеси». Оригинальный состав представляет собой смесь двух кислот в количественном соотношении 1: 3. Смешивайте, используя только одну пробирку, не отмеряйте кислоты в других емкостях, таким образом Вы минимизируете шанс проливания кислоты.
Теперь нужно обговорить по отдельности те компоненты, с которыми Вам придётся столкнуться при изготовлении царской водки.
Азотная кислота
Одноосновная кислота, чувствительна к свету, имеет очень резкий удушливый запах. Азотная кислота при сильном освещении будет распадаться на оксид азота и воду. В связи с этим, одну из сильнейших кислот, хранят в темной или непрозрачной емкости. Концентрированный раствор азотной кислоты, не растворяет алюминий и железо, поэтому можно смело хранить в металлической посуде.
Хочется отметить, что азотная кислота есть очень сильным электролитом (как и большинство кислот) и окислителем. Очень интересным фактом, есть то, что азотная кислота (как и озон) может образоваться в атмосфере при сильных вспышках молнии. Состав атмосферного воздуха состоит на 78% из Азота, который реагирует с атмосферным кислородом. В результате такой реакции получается оксид азота (NO). В последствии при дальнейшем окислении на открытом воздухе оксид азота преобразовывается в диоксид азота (NO2 или как его еще называют бурый газ). Когда атмосферная влага вступает в реакцию с диоксидом Азота, получается азотная кислота. Концентрация в таких случаях минимальна, и она совсем не опасна для людей, животных и природы.
Соляная кислота
Вторым компонентом царской водки есть соляная кислота. Эта кислота бесцветная, на открытом воздухе выделяет пар в виде «дыма», очень сильно едкая жидкость (соляная кислота технического значения может иметь желтоватый оттенок из-за наличия в ней примесей железа и хлора).
Когда речь идет о физических свойствах соляной кислоты, здесь нужно отметить ее сильную сторону при растворении всех металлов (которые стоят в ряду напряжения до водорода) при этом выделяется Н2 и образуются соли хлоридов). Нужно быть очень осторожным при использовании данной кислоты, проводить работу или эксперименты на открытом воздухе или в хорошо проветриваемом помещении, так как кислота имеет очень резкий запах и сильно раздражает слизистые оболочки верхних дыхательных путей человеческого организма.
Производство соляной кислоты происходит путем растворения газообразного хлороводорода в обычной воде (Н2О). В свою очередь хлороводород можно получить путем взаимодействия на хлорид натрия высококонцентрированной серной кислотой.
Применение царской водки
Многие советские и постсоветские семьи наизусть знали состав царской водки. В народе ее применяют для растворения золота в домашних условиях, с целью извлечения чистого золота из микросхем, транзисторов, наручных часов и других ненужных приборов, которые в своем составе имеют небольшое количество золота.Основным аспектом успешного завершения, задуманного Вами химического эксперимента с царской водкой есть безопасность. Используйте средства индивидуальной защиты, соблюдайте правила безопасности, будьте предельно бдительны и внимательны, на кону будет стоять Ваша жизнь и здоровье.
Видео о царской водке