Eau régale - Aqua regia
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| Noms | |
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Nom IUPAC
Chlorhydrate d'acide nitrique
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| Autres noms | |
| Identifiants | |
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Modèle 3D ( JSmol )
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CID PubChem
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| UNII | |
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Tableau de bord CompTox ( EPA )
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| Propriétés | |
| HNO 3 +3 HCl | |
| Apparence | Liquide fumant rouge, jaune ou or |
| Densité | 1.1 à 1.21 g / cm 3 |
| Point de fusion | −42 °C (−44 °F; 231 K) |
| Point d'ébullition | 108 °C (226 °F; 381 K) |
| Miscible | |
| La pression de vapeur | 21 mbar |
| Dangers | |
| NFPA 704 (diamant de feu) | |
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Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
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| Références de l'infobox | |
L' eau régale ( / r eɪ ɡ i ə , r i dʒ i ə / , du latin , allumé « Regal eau » ou « eau royale ») est un mélange d' acide nitrique et de l' acide chlorhydrique ,façon optimale dans une molaire rapport de 1:3. L'Aqua regia est un liquide fumant jaune orangé (parfois rouge), ainsi nommé par les alchimistes car il peut dissoudre les métaux nobles or et platine , mais pas tous les métaux.
Fabrication et décomposition
Lors du mélange d'acide chlorhydrique concentré et d'acide nitrique concentré, des réactions chimiques se produisent. Ces réactions donnent lieu à des produits volatils, du chlorure de nitrosyle et du chlore gazeux :
- HNO 3 + 3 HCl → NOCl + Cl 2 + 2 H 2 O
comme en témoignent la nature fumante et la couleur jaune caractéristique de l'eau régale. Au fur et à mesure que les produits volatils s'échappent de la solution, l'eau régale perd de sa puissance. Le chlorure de nitrosyle peut se décomposer en oxyde nitrique et en chlore :
- 2 NOCl → 2 NO + Cl 2
Cette dissociation est limitée à l'équilibre. Par conséquent, en plus du chlorure de nitrosyle et du chlore, les fumées au-dessus de l'eau régale contiennent de l'oxyde nitrique. L'oxyde nitrique réagissant facilement avec l' oxygène de l' atmosphère , les gaz produits contiennent également du dioxyde d'azote , NO 2 :
- 2 NO + O 2 → 2 NO 2
Applications
L'Aqua regia est principalement utilisée pour produire de l' acide chloraurique , l' électrolyte du procédé Wohlwill pour le raffinage de l' or de la plus haute qualité (99,999%) .
L' eau régale est également utilisée en gravure et dans des procédures analytiques spécifiques . Il est également utilisé dans certains laboratoires pour nettoyer la verrerie des composés organiques et des particules métalliques. Cette méthode est préférée parmi la plupart au bain d' acide chromique plus traditionnel pour le nettoyage des tubes RMN , car aucune trace de chrome paramagnétique ne peut rester pour gâcher les spectres. Alors que les bains d'acide chromique sont déconseillés en raison de la toxicité élevée du chrome et du potentiel d'explosion, l'eau régale est elle-même très corrosive et a été impliquée dans plusieurs explosions dues à une mauvaise manipulation.
En raison de la réaction entre ses composants entraînant sa décomposition , l'eau régale perd rapidement de son efficacité (mais reste un acide fort), de sorte que ses composants ne sont généralement mélangés qu'immédiatement avant utilisation.
Bien que les réglementations locales puissent varier, l'eau régale peut être éliminée par une neutralisation soigneuse , avant d'être versée dans l'évier. En cas de contamination par des métaux dissous, la solution neutralisée doit être récupérée pour être éliminée.
Chimie
Dissoudre l'or
L'eau régale dissout l' or , bien qu'aucun des acides constituants ne le fasse seul. L'acide nitrique est un oxydant puissant, qui dissoudra en fait une quantité pratiquement indétectable d'or, formant des ions d' or (Au 3+ ). L'acide chlorhydrique fournit un approvisionnement immédiat en ions chlorure (Cl − ), qui réagissent avec les ions or pour produire des anions tétrachloroaurate (III) , également en solution. La réaction avec l'acide chlorhydrique est une réaction d'équilibre qui favorise la formation d'anions chloroaurate (AuCl 4 − ). Cela entraîne une élimination des ions or de la solution et permet une oxydation supplémentaire de l'or. L'or se dissout pour devenir de l' acide chloraurique . De plus, l'or peut être dissous par le chlore présent dans l'eau régale. Les équations appropriées sont :
- Au + 3 HNO
3+ 4 HCl [AuCl
4]−
+ 3 [NON
2] + [H
3O]+
+ 2H
2O - ou
- Au + HNO
3+ 4 HCl [AuCl
4]−
+ [NON] + [H
3O]+
+ H
2O .
L' acide tétrachloroaurique solide peut être isolé en évaporant l'eau régale en excès et en éliminant l'acide nitrique résiduel en chauffant à plusieurs reprises avec de l'acide chlorhydrique. Cette étape réduit l'acide nitrique (voir décomposition de l'eau régale ). Si l'or élémentaire est souhaité, il peut être réduit sélectivement avec du dioxyde de soufre , de l' hydrazine , de l'acide oxalique , etc. L' équation pour la réduction de l'or par le dioxyde de soufre est :
- 2 AuCl−
4(aq) + 3 SO
2(g) + 6H
2O (l) → 2 Au(s) + 12 H+
(aq) + 3 SO2−
4(aq) + 8 Cl−
(aq).
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Dissoudre le platine
Des équations similaires peuvent être écrites pour le platine . Comme pour l'or, la réaction d'oxydation peut être écrite avec de l'oxyde nitrique ou du dioxyde d'azote comme produit d'oxyde d'azote :
- Pt(s) + 4 NON−
3(aq) + 8 H + (aq) → Pt 4+ (aq) + 4 NO 2 (g)+ 4 H 2 O(l)
- 3Pt(s) + 4 NON−
3(aq) + 16 H + (aq) → 3Pt 4+ (aq) + 4 NO(g)+ 8 H 2 O(l).
L'ion platine oxydé réagit alors avec les ions chlorure pour donner l'ion chloroplatinate :
- Pt 4+ (aq) + 6 Cl − (aq) → PtCl2−
6(aq).
Des preuves expérimentales révèlent que la réaction du platine avec l'eau régale est considérablement plus complexe. Les premières réactions produisent un mélange d'acide chloroplatineux (H 2 PtCl 4 ) et de chlorure nitrosoplatinique ((NO) 2 PtCl 4 ). Le chlorure nitrosoplatinique est un produit solide. Si une dissolution complète du platine est souhaitée, des extractions répétées des solides résiduels avec de l'acide chlorhydrique concentré doivent être effectuées :
- 2Pt(s) + 2HNO 3 (aq)+ 8 HCl(aq) → (NO) 2 PtCl 4 (s) + H 2 PtCl 4 (aq) + 4 H 2 O(l)
et
- (NO) 2 PtCl 4 (s) + 2 HCl(aq) ⇌ H 2 PtCl 4 (aq) + 2 NOCl(g).
L'acide chloroplatineux peut être oxydé en acide chloroplatinique en saturant la solution de chlore tout en chauffant :
- H 2 PtCl 4 (aq) + Cl 2 (g) → H 2 PtCl 6 (aq).
La dissolution des solides de platine dans l'eau régale a été le mode de découverte des métaux les plus denses, l' iridium et l' osmium , qui se trouvent tous deux dans le minerai de platine et ne seront pas dissous par l'acide, mais collectés à la base du récipient.
(quatre jours plus tard).
Précipitation du platine dissous
En pratique, lorsque les métaux du groupe du platine sont purifiés par dissolution dans l'eau régale, l'or (généralement associé aux PGM) est précipité par traitement au chlorure de fer (II) . Le platine dans le filtrat, sous forme d'hexachloroplatinate (IV), est converti en hexachloroplatinate d'ammonium par addition de chlorure d'ammonium . Ce sel d'ammonium est extrêmement insoluble et peut être filtré. L'allumage (forte échauffement) le convertit en platine métal :
- 3 (NH 4 ) 2 PtCl 6 → 3 Pt + 2 N 2 + 2 NH 4 Cl + 16 HCl
L'hexachloroplatinate(IV) non précipité est réduit avec du zinc élémentaire , et une méthode similaire convient à la récupération à petite échelle du platine à partir des résidus de laboratoire.
Réaction avec l'étain
L'eau régale réagit avec l' étain pour former du chlorure d'étain (IV) , contenant de l'étain dans son état d'oxydation le plus élevé :
- 4 HCl + 2 HNO 3 + Sn → SnCl 4 + NO 2 + NO + 3 H 2 O
Réaction avec d'autres substances
Il peut réagir avec la pyrite de fer pour former du chlorure de fer (III) :
- FeS 2 + 5 HNO 3 + 3 HCl → FeCl 3 + 2 H 2 SO 4 + 5 NO + 2 H 2 O
Histoire
L'Aqua regia est apparue pour la première fois dans le De inventione veritatis ("Sur la découverte de la vérité") par pseudo-Geber (après environ 1300), qui l'a produit en ajoutant du sel ammoniac ( chlorure d'ammonium ) à l'acide nitrique. La préparation d'eau régale en mélangeant directement l'acide chlorhydrique avec l'acide nitrique n'est devenue possible qu'après la découverte à la fin du XVIe siècle du procédé par lequel l'acide chlorhydrique libre peut être produit.
La troisième des clés de Basil Valentine (vers 1600) montre un dragon au premier plan et un renard mangeant un coq à l'arrière-plan. Le coq symbolise l'or (de son association avec le lever du soleil et l'association du soleil avec l'or), et le renard représente l'eau régale. La dissolution, le chauffage et la redissolution répétitifs (le coq mangeant le renard mangeant le coq) entraînent l'accumulation de chlore gazeux dans le flacon. L'or cristallise alors sous forme de chlorure d' or(III) , dont les cristaux rouges Basile appelaient "la rose de nos maîtres" et "le sang de dragon rouge". La réaction n'a pas été rapportée à nouveau dans la littérature chimique jusqu'en 1895.
Antoine Lavoisier a appelé l'eau régale acide nitro-muriatique en 1789.
Lorsque l' Allemagne a envahi le Danemark pendant la Seconde Guerre mondiale, le chimiste hongrois George de Hevesy a dissous les prix Nobel d' or des physiciens allemands Max von Laue (1914) et James Franck (1925) dans l'eau régale pour empêcher les nazis de les confisquer. Le gouvernement allemand avait interdit aux Allemands d'accepter ou de conserver un prix Nobel après que le militant pour la paix emprisonné Carl von Ossietzky ait reçu le prix Nobel de la paix en 1935. De Hevesy a placé la solution résultante sur une étagère dans son laboratoire de l' Institut Niels Bohr . Il a ensuite été ignoré par les nazis qui pensaient que le pot - l'un des centaines sur les étagères - contenait des produits chimiques courants. Après la guerre, de Hevesy est revenu pour trouver la solution intacte et a précipité l'or de l'acide. L'or a été rendu à l'Académie royale suédoise des sciences et à la Fondation Nobel. Ils refont les médailles et les présentent à nouveau à Laue et Franck.
Voir également
- Mort verte – Solution agressive utilisée pour tester la résistance des métaux à la corrosion
- Solution Piranha - Mélange d'acide oxydant contenant de l'acide sulfurique et du peroxyde d'hydrogène parfois également utilisé pour nettoyer la verrerie.