Nước cường thủy là một hợp chất có tính ăn mòn mạnh còn khá xa lạ với chúng ta. Vậy nước cường thủy là gì? Các phản ứng nước cường thủy như thế nào? Cùng giải đáp các thắc mắc này rõ nhất trong nội dung bài viết hôm nay nhé!
Nước cường thủy là gì?
Nước cường thủy hay tên thường gọi nước cường toan, cường toan thủy hay vương thủy; tên Hán Việt là 強酸水，強水 và tên tiếng Anh là Aqua Regia có nghĩa là “nước hoàng gia”. Đây là hợp chất có tính ăn mòn mạnh, dạng thể lỏng, màu vàng, dễ bay hơi và được ứng dụng cho một số quy trình hóa học phân tích và để tinh chế vàng.
Nước cường thủy là hỗn hợp gồm 2 dung dịch HCl (axit clohidric đậm đặc) và HNO3 (axit nitric đậm đặc), được tối ưu ở tỉ lệ mol 3:1.
Nguồn gốc, lịch sử phát triển nước cường thủy
Nước cường thủy được phát hiện lần đầu tiên vào khoảng năm 800, bởi nhà giả kim người Hồi giáo tên Jabir Ibn Hayyan (Gerber) bằng việc trộn muối ăn với Axit sunfuric. Phát minh của ông về nước cường thủy bao gồm axit clohiđric và axit nitric đã góp phần quan trọng vào sự cố gắng tìm kiếm đá tạo vàng của các nhà giả kim thuật.
Cho đến khi Đức xâm chiếm Đan Mạch trong Thế chiến thứ II, nhà hóa học người Hungary George de Hevesy đã thực hiện hòa tan huân chương Nobel bằng vàng của Max von Laue và James Franck vào nước cường thủy để ngăn không cho Phát xít ăn cắp. Ông cất giữ dung dịch sau phản ứng trên ngăn sách trong phòng thí nghiệm của mình ở Viện Niels Bohr.
Sau chiến tranh, ông quay lại thì thấy dung dịch không hề suy chuyển và tiến hành kết tủa để thu lại vàng ra khỏi Axit. Sau đó, số vàng được trả về Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển để thực hiện đúc lại huân chương mới cho Laue và Franck.
Những điều cần biết về nước cường thủy
Dưới đây là một số đặc điểm về tính chất, phương trình phản ứng và sự điện li của nước cường thủy. Cụ thể:
1. Tính chất phản ứng
- Do được hình thành từ các chất dễ bay hơi là nitrozyl chloride (NOCl) và khí clo nên nước cường thủy sẽ nhanh chóng mất tác dụng. Vì thế, hỗn hợp axit này chỉ được pha trộn với lượng nhỏ và sử dụng ngay.
- Là một hợp chất có tính axit cực mạnh nên dung dịch nước cường toan rất nguy hiểm đối với người tiếp xúc.
- Nước cường thủy là một trong số ít thuốc thử có khả năng hòa tan được vàng và bạch kim. Tên gọi Aqua Regia là do đặc tính có thể hòa tan được các kim loại hàng “hoàng tộc”, “quý tộc”.
- Một số kim loại quý cực kỳ thụ động không bị hòa tan trong nước cường thủy như iridi, tantali,…
2. Phương trình phản ứng
2.1 Phản ứng với vàng
Cho Au vào nước cường thuỷ, các axit riêng biệt trong hỗn hợp axit của nước cường thủy không thể hòa tan được vàng. Khi kết hợp lại với nhau, mỗi axit sẽ phải thực hiện một nhiệm vụ.
Cụ thể, Axit nitric với tính oxi hóa mạnh sẽ hòa tan một lượng nhỏ kim loại để tạo ra các ion AuCl4; phản ứng với axit clohidric là hoàn toàn tự nhiên nên các ion vàng sẽ kết hợp với ion clo để tiếp tục phản ứng diễn ra sự oxi hóa vàng. Cứ như vậy, vàng sẽ bị hòa tan hết sau phản ứng và đồng thời vàng cũng có thể bị oxy hóa bởi clo tự do.
Các phương trình của phản ứng trên được biểu diễn như sau:
- Au + HNO3 + 3HCl 🡪 AuCl3 + 2H20 + NO (khí NO bốc hơi)
- Au (rắn) + 3 NO3- (dd) + 6 H+ (dd) → Au3+ (dd) + 3 NO2 (khí) + 3 H2O (lỏng)
- Au3+ (dd) + 4 Cl- (dd) → AuCl4- (dd)
Phản ứng oxi hóa tạo ra sản phẩm là nitơ monoxit thay vì nitơ dioxide:
- Au (rắn) + NO3- (dd) + 4 H+ (dd) → Au3+ (dd) + NO (khí) + 2 H2O (lỏng)
2.2 Phản ứng với bạch kim
Chuỗi phản ứng hòa tan bạch kim trong nước cường thủy sẽ tương tự phản ứng với vàng. Cụ thể:
- Pt (rắn) + 4 NO 3- (dd) + 8 H+ (dd) → Pt4+ (dd) + 4 NO2 (khí) + 4 H2O (lỏng)
- Pt (rắn) + NO 3- (dd) + H+ (dd) → Pt4+ (dd) + NO (khí) + H2O (lỏng)
Ion bạch kim sau khi bị oxy hóa sẽ lại phản ứng với ion clo để tạo thành ion cloroplatinat.
- Pt4+ (dd) + 6 Cl- (dd) → PtCl62- (dd)
2.3 Phản ứng phân ly của nước cường toan
Thực tế, khi trộn lẫn dung dịch axit nitric đậm đặc với axit clohiđric đậm đặc thì phản ứng hóa học đã bắt đầu diễn ra. Các phản ứng này tạo ra các chất dễ bay hơi như nitrozyl chloride (NOCl) và khí clo sẽ dẫn đến sự bốc khói tự nhiên của nước cường thủy. Phương trình phản ứng như sau:
- HNO3 (dd) + 3 HCl (dd) → NOCl (khí) + Cl2 (khí) + 2 H2O (lỏng)
Sau đó, Nitrozyl chloride có thể bị phân ly thành nitơ monoxit và khí clo nên được gọi là quá trình phân ly không hoàn toàn. Do đó, khói bốc lên từ nước cường thủy sẽ có chứa nitrozyl chloride, nitơ monoxit và khí clo.
- 2 NOCl (khí) → 2 NO (khí) + Cl2 (khí)
Những lưu ý về an toàn khi pha và sử dụng nước cường toan
Việc tạo ra nước cường thủy có liên quan trực tiếp đến phản ứng của 2 axit mạnh, nó có thể tạo ra nhiệt và hơi cực độc. Vì thế, người dùng cần phải tuân thủ các quy trình an toàn khi pha và sử dụng dung dịch này. Cụ thể:
- Phải cho HNO3 (axit nitric) vào HCl (axit clohidric), chứ không được thực hiện ngược lại để dung dịch thu được là chất lỏng, màu vàng, bốc khói và có mùi clo nồng nặc.
- Các thao tác và sử dụng nước cường thủy ở bên trong tủ hút, phải đậy nắp xuống càng nhiều càng tốt nhằm chứa hơi và bảo vệ an toàn trong trường hợp vỡ đồ thủy tinh hoặc bắn tung tóe.
- Tính toán để chuẩn bị đúng khối lượng 2 axit cần thiết cho ứng dụng của bạn.
- Phải đảm bảo dụng cụ thủy tinh đựng dung dịch được khử trùng sạch sẽ, tránh dùng dụng cụ thủy tinh có thể bị nhiễm hóa chất chứa liên kết CH và không dùng dung dịch đã hoàn thành trên bất cứ vật liệu nào chứa chất hữu cơ để hạn chế việc tạo ra phản ứng mạnh hoặc bạo lực.
- Đeo kính bảo hộ, mặc áo khoác phòng thí nghiệm và đeo găng tay bảo vệ.
- Khi bị dính axit trên da, hãy lau sạch chúng ngay lập tức và đi rửa sạch với nhiều nước. Khi làm đổ axit lên quần áo thì hãy loại bỏ ngay lập tức, còn khi bị hít phải khói thì hãy di chuyển đến nơi có không khí trong lành. Nếu trường hợp bị tiếp xúc với mắt thì cần dùng nước rửa mắt và tìm kiếm sự chăm sóc Y tế. Đặc biệt, trường hợp nuốt phải thì hãy súc miệng bằng nước nhiều lần cho hết dung dịch nước cường thủy trong miệng.
- Lượng nước cường thủy không sử dụng vứt bỏ bằng cách đổ lên một lượng lớn đá, để dung dịch này trung hòa bằng natri bicacbonat hoặc natri hydroxit 10%. Dung dịch sau khi trung hòa có thể đổ đi an toàn.
- Bảo quản dung dịch nước cường thủy ở nơi thoáng mát, không lưu trữ hỗn hợp này trong thời gian dài vì nó có thể trở nên không ổn định. Đặc biệt, tuyệt đối không được cất giữ nước cường thủy trong bình có nắp đậy vì áp suất tích tụ bên trong sẽ làm vỡ bình và gây nguy hiểm cho môi trường xung quanh.
Nội dung trên đây là những thông tin cơ bản về nước cường thủy. Hy vọng là những chia sẻ này đã mang lại cho bạn kiến thức bổ ích và có cái nhìn tốt nhất về loại dung dịch nguy hiểm này.
