酸性王水溶液の作り方

王水は、濃塩酸 (HCl) と濃硝酸 (HNO ₃ )という 2 つの強力な濃鉱酸を混合することによって調製される強力な酸化性混合物です。王水の酸性および酸化特性を考えると、金、プラチナ、およびその他の貴金属を含むミネラルを含む、さまざまなミネラルを溶解することができます。

王水の組成

王水は、2 つの強酸の単なる混合物ではありません。この混合物では、塩酸と硝酸が互いに反応して、反応性の高い化学種が生成されます。まず第一に、硝酸は強酸ですが、強力な酸化剤でもあり、塩酸を塩素ガスと水に酸化し、塩化ニトロシルに還元することができます. 反応は次のとおりです。

ガス状塩素は、その強力な酸化性により、刺激性が高く腐食性の高いガスです。塩化ニトロシルは不安定な種であり、不均化反応 (それ自体が酸化および還元) を起こし、一酸化窒素と別の塩素分子を生成します。その後、一酸化窒素は空気中の酸素と反応して二酸化窒素を生成します。

記載されている反応を以下に示します。

全体的な反応は次のとおりです。

ご覧のとおり、この反応には、1 モルの HNO ₃ごとに 3 モルの HCl という化学量論比が必要です。このようにして、ほとんどの有機および無機化合物を容易に酸化できる塩素ガスを 3 モル生成することができます。

王水の用途

王水には、次のような多くの用途があります。

• 異なる表面の彫刻。
• 金やプラチナなどの貴金属の精錬。
• 塩素精製。
• また、一部の実験室ではガラス製品の洗浄にも使用されています。

王水の準備と取り扱いの安全対策

王水の特性により、非常に有毒で腐食性の混合物になります。このため、細心の注意を払って取り扱う必要があります。この物質を安全に取り扱うためのいくつかの重要な安全対策は次のとおりです。

• 王水を準備し、それが入っている容器をドラフト内で開けるだけです。
• 混合が不安定なため、使用する時に使用する分量だけを用意してください。
• 取り扱う際は、常に安全メガネ、ニトリル手袋、白衣を着用してください。
• フードの外で取り扱う場合は、ガスマスクを使用して塩素と、塩酸と硝酸の反応によって生成されるさまざまな窒素酸化物を除去することをお勧めします。
• 皮膚に付着した場合は、炭酸水素ナトリウム溶液で中和し、できるだけ早く多量の水で洗い流してください。

王水の酸性溶液を調製する手順

濃硝酸の濃度は約 14.4 モルですが、濃塩酸のモル濃度は約 12 モルです。反応には 3:1 の HCl:HNO ₃比が必要であるため、これは濃硝酸 1 mL ごとに最低 3.6 mL の濃塩酸が必要であることを意味します。この比率は、濃酸中の HCl の蒸発による損失を補うために、4:1 まで少し増やすことができます。

この情報を手元に置いて、実験室で王水を準備する手順を以下に示します。

ステップ 1: 混合する各酸の量を決定する

最初のステップでは、まず、どのくらいの王水を生産したいかを知る必要があります。_{次に、両方の溶液の体積が相加的であり、4 mL の HCl と 1 mL の HNO 3}の合計が5 mL の王水になると仮定すると、次の比率を確立して、各成分の量を決定できます。必要な量の王水を準備する必要があります。

• 王水 5 mL ごとに、濃塩酸 4 mL が必要です。
• _{王水 5 mL ごとに、濃硝酸1} mL が必要です。

したがって、100 mL の王水を調製する場合、(100 mL 王水)*(4 mL HCl/5 mL 王水) = 80 mL の濃塩酸が必要になります。不足している 20 mL は濃硝酸に対応します。

ステップ 2: 各酸の量を測定する

_{メス ピペットまたはメス ピペットを使用して、最初に HCl (前の例では 80 mL) と HNO 3} (同じ例では 20 mL)の量を測定します。

ステップ 3: 最初に HCl を加えて混合する

両方の酸を測定したら、メスフラスコ、バイアル、ビーカーなどのガラス容器に最初に量の HCl を追加します。次に、ゆっくりと絶えず攪拌しながら、硝酸を加える。

ステップ 4: すぐに使用し、残ったものは密閉して保管しないでください

王水はあまり安定していないので、すぐに使用することをお勧めします。万一、使い終わって王水が余った場合は、密閉しない限りガラス容器で保存可能です。これは、容器が破裂するまで、ガスが蓄積して圧力が高まる可能性があるためです。代わりに余分な王水を処分したい場合は、排水口に直接捨てずに、実験室の酸性廃棄物容器に捨ててください。

参考文献

F&Q演習。（2019年5月5日）。市販の塩酸のモル濃度と規定度 – 演習 F&Q . https://ejercicios-fyq.com/Molaridad-y-normalidad-de-un-acido-clorhidrico-comercial

Chemistry.ES. （nd）。Agua_regia . https://www.quimica.es/enciclopedia/Agua_regia.html

SGS ラテンアメリカ。（nd）。王水を使用したゴールド。https://www.sgs-latam.com/es-es/mining/analytical-services/chemical-testing/precious-metals/gold-by-aqua-regia