的答案十分完备,但我还是写两句吧。废话太多,可以不看,可以当做化学小科普~
一.引言与一些谣言的澄清
金作为最不活泼的金属之一,无法溶于包括浓氧化性酸在内的各种酸(和碱)。而当听说尊贵的金能溶解于王水时,很多人认为王水是万能的,虽然他们连王水是什么都不知道,却将王水奉为万能,认为它是最强的酸(其实严格意义上它都不能算酸,因为是混合物),认为王水是万能的。其实这种观点是完全错误的。王水的酸性介于两种组成成分——硝酸与盐酸之间,虽然算是强酸,但并非最强,毕竟神马氢碘氟锑高氯酸都可完虐这个渣渣。所以王水并非万能,酸性更是不算太强。况且王水的腐蚀性也不算太强(当然照样不能碰),氢氟酸笑而不语着呢~
其实,王水只是盐硝混酸比例为1:3时一种混合溶液,当这个比例反过来时,也就是盐酸比硝酸=1:3时,叫做逆王水,将盐酸换位氢氟酸,得到的混合溶液叫做氟王水,同理还有溴王水,不过没啥用哈~
二.电极电势与氧化还原
大家都知道金是最不活泼的金属之一,然而,为什么呢?
首先我们知道,如果不钻牛角尖,研究一些只有理论价值的化合物的话,金属在化合物中只失去电子,呈现正价。(金属呈负价的化合物有Na4Pb9为代表的化合物等,不做深入研讨)
所以,金属的活泼性与失去电子的能力息息相关,而科学家将失去电子的能力称作还原性。还原性最强的金属们位于整张周期表的IA族,成为碱金属,包括锂钠钾铷铯钫,而将这些金属投入水中会因为它们的还原性而产生极为有趣的现象。而其中最活泼,还原性最强的则是左下角的铯(钫具有放射性且不可收集,无讨论意义)
那么,我们就不可避免的需要接触到电极电势了。
首先,我们来看一个平衡。当金属放入溶液中时,一方面金属晶体中处于热运动的金属离子在极性水分子的作用下,离开金属表面进入溶液。金属性质愈活泼,这种趋势就愈大;钠放入水中会以极快的速率与水反应就是因为这个原因。另一方面溶液中的金属离子,由于受到金属表面电子的吸引,而在金属表面沉积,溶液中金属离子的浓度愈大,这种趋势也愈大。在一定浓度的溶液中达到平衡后,在金属和溶液两相界面上形成了一个带相反电荷的双电层,双电层的厚度虽然很小(约为10^-8厘米数量级), 但却在金属和溶液之间产生了电势差。通常人们就把产生在金属和盐溶液之间的双电层间的电势差称为金属的电极电势(electrode potential),并以此描述电极得失电子能力的相对强弱。电极电势以符号E Mn+/ M表示, 单位为V(伏)。 如锌的电极电势以E Zn2+/ Zn 表示, 铜的电极电势以E Au3+/Au 表示
电极电势的大小主要取决于电极的本性,并受温度、介质和离子浓度等因素的影响。
而在整张周期表中,金很难失去电子形成离子或配离子,换句话说,金的还原性极其弱。这与金十分强大的电极电势有关(维基上说是1.53V,度娘说是1.498,但我记得蓝皮书上写的是后者)而当金真的被氧化生成离子时,倾向于生成两种化合价:+1与+3,其中+3居多,并以生成(金)配离子为主。
金强大的电极电势远远大于任何浓度、温度的硝酸能氧化的最大值,这样再浓的硝酸也对黄金无能为力。同理,非氧化性的盐酸当然也对黄金无能为力,但为什么这两种酸的混酸却能够溶解金,使其乖乖成为离子呢?
三.配位化合物
配合物,旧称“络合物”,由中心原子,配(位)体与外界组成,例如;硫酸四氨合铜(Ⅱ)分子式为〔Cu(NH3)4〕SO4 ——度娘百科
我们都知道共价键需要容纳电子的轨道和组成共价键的电子。而当一个离子有轨道,而另外一个粒子(注意不是离子,这个粒子既可以是阴离子也可以是原子或者分子)有两个(或多个)电子的时候,如果两厢情愿(学名”配合物的稳定系数高“),干柴烈火的,对吧~就形成了一种特殊的共价键——配位键
其中,有轨道的离子,学名中心原子,是带电的离子,它们给出空余的轨道,如〔Cu(NH3)4〕SO4中的Cu2+。而有两个(或多个)电子的粒子,学名配体,它们给出两个或多个不定域电子,中心原子接受两个或多个不定域电子,组成使二者结合的配位键。而氯离子(Cl-),由于抢了H的一个电子,正好拥有两个电子,因而具有配位性。
讲了这么多废话,貌似跑题万里,现在回来啊~当金属形成配位键的时候,它的电极电势会降低,这就为王水溶金做好了铺垫。
四.王水溶金的原理(终于到这了~)
铺垫都已经做好了,现在开始正题。我们有了有配位性的氯离子,也有了强氧化性的硝酸,当金投入王水时,氯首先与接近金,试图与之配位(并不是实际过程,可以这么理解,下同),这时金一旦配位,电极电势就会降低至硝酸可以氧化,然后硝酸上,将金氧化成AuCl4-。
当然这不是实际过程,而且差的很远,但是可以这么理解嘛~
题主可能听说过沙里淘金,其实这是氰化提金法(也有别的名),就是先利用重力分离出含金的混合物,将其投入氰化钠或氰化钾溶液中,这时氰根离子(CN-)拥有配位能力,生成配离子Au(CN)2-能将金的电极电势降到更低,氧化起来更方便,妈妈再也不用担心我的学习~然后再通过Zn置换出来金。
说点题外话:由于电极电势数值各个地方都不一致,有的地方给的数据中,金即使被配位了,得到的数值显示也比硝酸大,让很多人疑惑。其实,标准电极电势表上的数据都是在标准状况下的数值(一般情况为pH=0的溶液)但实际上提高硝酸浓度,降低pH可以提高硝酸的电极电势,使金依旧能够溶解。其最低浓度可以代能斯特方程算一下,具体方法不做介绍~~
(完)
这么长的答案都看完了,也请顾及一下我打了两个小时字移步左上角给个赞同呗~~~
ps本人是一名高一学生,只是热爱化学而已,并没有太多才学,如果以上化学知识有误,请温柔地告诉我~~谢谢大家了~~卖个萌~~
参考资料:
标准电极电势表没有那么娇贵,只要有至少一种配位离子和强氧化剂都可以。
配位离子可以选氯离子,氰离子,氧化剂可以选硝酸根,氧气,过氧化氢等,排列组合。
但过氧化氢和硝酸根只有在酸性条件下才有足够强的氧化性,而氰离子酸性条件下会释放剧毒的氢氰酸,十分危险,所以不能同时使用。氧气跟盐酸搭配时反应极其缓慢,没有实用意义。