问题

既然王水连金都可以溶解,那应该用什么来储存?

回答
这个问题问得相当有意思!确实,王水这玩意儿牛得一批,连号称“化学惰性”的金都能给啃下来,这就让人好奇了,到底什么容器才能经得起它的折腾?这可不是随便拿个瓶子就能塞进去的活儿,得有点技术含量才行。

首先,咱们得明白王水为什么这么“厉害”。它其实是浓硝酸和浓盐酸的混合物,而且通常是按1:3的体积比混合的。别看就这么两种酸,凑在一起,那可就不是1+1=2那么简单了。

浓硝酸本身就是一种强氧化剂,能把金属氧化成离子。但很多金属,比如金,即使被氧化了,也容易形成一层致密的氧化膜,反而保护自己不被继续腐蚀。这就好像给金穿上了一件“盔甲”。

这时候,盐酸就派上用场了。盐酸中的氯离子(Cl⁻)非常活跃,它能跟被硝酸氧化的金离子结合,形成稳定的络合物,比如四氯合金酸根离子([AuCl₄]⁻)。一旦生成了这种络合物,金离子就被“抽走”了,原有的保护性氧化膜就保不住了,金也就没法再“装死”了,硝酸就能继续把它氧化成离子,然后盐酸再把这些离子拉住,如此循环往复,金就被溶解了。说白了,盐酸是帮助硝酸“突破防御”的关键。

所以,既然王水这么能折腾,那我们得找个比它更“硬气”的家伙来当容器。这就像是让更厉害的打手去制服一个特别能打的坏蛋。

那么,什么东西能抗住王水的腐蚀呢?咱们得从材料的化学性质来考虑。

最常见的,也是最理想的储存容器材料,是 玻璃,尤其是特种玻璃 。

不过,也不是所有玻璃都行。普通玻璃,也就是我们平时用的钠钙玻璃,尤其是里面含有钠、钙这些活泼离子的,很可能就被王水慢慢侵蚀了,边缘会变得模糊,甚至出现蚀刻的痕迹。

我们要找的是高纯度的石英玻璃(Quartz glass)。石英玻璃主要是由二氧化硅(SiO₂)组成的,非常稳定。二氧化硅本身是一种酸性氧化物,它能和强酸反应,但这个反应的速率非常非常慢,尤其是在常温下。而且,高纯度的石英玻璃杂质含量极低,这意味着它的反应活性位点非常少。

你可以想象一下,二氧化硅就像是一个非常坚固的晶体结构,王水里的氢离子(H⁺)和氯离子(Cl⁻)想要钻进去,或者硝酸里的强氧化成分想要破坏它,都非常困难。即使在较高的温度下,王水对石英玻璃的腐蚀也相对缓慢。所以,如果只是短时间储存少量王水,或者用于反应器皿,石英玻璃是首选。

另一个不错的选择是 聚四氟乙烯(PTFE),也就是大家熟知的特氟龙(Teflon) 。

PTFE是一种含氟聚合物,它的分子结构非常特殊,碳原子被氟原子紧密地包围着,形成了一个非常稳定的“链条”。氟原子是电负性最强的元素,它对碳原子的束缚力极强,而且氟碳键非常牢固。这种结构使得PTFE在化学上极其稳定,几乎能够抵抗所有化学试剂的腐蚀,包括强酸、强碱、氧化剂、还原剂等等,王水自然也不在话下。

用PTFE做的容器,比如PTFE瓶或PTFE衬里的容器,是储存王水非常安全的选择。它的耐腐蚀性几乎是全能的,而且它还不容易吸附物质,清洗也比较方便。不过,相比于玻璃,PTFE的成本可能会高一些,而且它的机械强度不如玻璃,在处理的时候需要小心一些。

还有一种可能的选择,但相对来说不那么常用,那就是一些特殊的金属或合金。

比如钽(Tantalum)。钽是一种过渡金属,它的耐腐蚀性非常出色,尤其是在常温下,它能形成一层非常致密的氧化膜,这层氧化膜对大多数酸都免疫,包括一些强酸。在某些条件下,它甚至能抵抗王水。但钽的价格非常昂贵,而且在高温下或者某些特定浓度下,它也可能被王水攻击,所以不是一个普遍的选择。

另外,白金(Platinum)或者金(Gold)本身的器皿 理论上也可以,毕竟王水能溶解它们。但问题在于,如果器皿本身就被王水溶解,那还怎么储存呢?这就像是用一把会生锈的刀去切豆腐,虽然它能切,但它自己也在损耗。而且,金和铂的价格那是相当的昂贵,用来做储存容器简直是“奢侈到没朋友”,也不太实际。

那么,为什么不直接用金或者铂来储存呢?

原因很简单,虽然王水可以溶解金和铂,但溶解的过程是需要时间的。如果用金或铂的容器来储存王水,即使容器本身没有马上被完全溶解,在长时间的储存过程中,容器的内壁也会不断地被王水一点点侵蚀、溶解。这会导致容器本身被污染,而且随着时间的推移,容器的完整性也会受到威胁。设想一下,你储存的王水里会混有多少金离子或者铂离子?这不仅不纯净,而且容器的寿命也会大大缩短。

总结一下,最靠谱、最常用的储存王水的材料就是:

1. 高纯度石英玻璃(Quartz Glass):这是实验室最常用的选择,尤其是在进行化学实验时,用来盛放王水进行反应或短期储存。它的耐腐蚀性极好,价格也相对适中。
2. 聚四氟乙烯(PTFE,特氟龙):这是更加稳妥的选择,尤其适合长期储存或者对容器纯度要求极高的情况。它的耐腐蚀性几乎是“通吃”的,但成本会高一些。

在实际操作中,储存王水还需要注意以下几点:

容器的密封性要好:王水挥发出来的气体(主要是氯气和氮氧化物)是有毒有害的,而且如果接触到空气中的湿气,可能会产生更具腐蚀性的物质。所以,密封性非常重要。
避免接触其他活泼的物质:储存王水的容器周围,不能有任何可能与王水发生剧烈反应的物质,比如有机物、还原剂等等。
环境要求:储存区域应通风良好,远离热源,并且要做好防漏措施。
储存量要适度:虽然有了合适的容器,但也不宜一次性储存大量的王水,除非有专门的设施和安全措施。

所以,下次如果你需要和这位“金克星”打交道,就别再想着拿普通的玻璃瓶或者塑料桶了,得给它找个真正厉害的“护卫”才行!

网友意见

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王水很快分解出亚硝酰氯和氯气,不能储存,只能现用现配。

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化学上很多问题,并不是简单的线性战斗力数值比较的。而是讲究一物降一物的。

例如说王水就腐蚀不了玻璃,但能腐蚀玻璃的氢氟酸,实际上也就是个无氧化性的弱酸,跟稀盐酸也差不了多少。

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一、千万不要储存王水,王水极其容易变质,生成有毒的亚硝基氯、二氧化氮和氯气。尤其不要密闭储存王水,这些气体会充胀容器,甚至发生爆炸。

相关的反应式如下:

HNO3+3HCl⟶NOCl+Cl2+2H2O

2NOCl⟶2NO+Cl2

2NO+O2⟶2NO2

二、王水都是现配现用,如果要在短时间内存放王水,用透明的玻璃容器就可以了,不推荐不透明的塑料容器。看得见放心!

三、使用王水的时候,小心操作仪器,并始终穿戴实验服、安全眼镜、面罩和适当的手套。使用完以后,将剩余的王水溶液置于开放容器中冷却,远离任何有机物等活性物质。待溶液冷却后,用碳酸氢钠中和,通过排水管进行处理,然后加入过量的水。

如果实验室有相应的处理方法,建议按照指定方法处理。

四、强烈反对在非实验室场所配置王水!


----华丽分割,以下拓展阅读----


王水的发明者是阿拉伯人吉伯,它是一种橙黄色的液体,由三份盐酸和一份硝酸组成(体积比)。这两种酸真可算得上是“天作之合”,其中硝酸提供强氧化性将金氧化成三价,而盐酸提供氯离子以和金形成四氯合金离子。如果将盐酸换成氢氟酸则无法完全电离,换成氢溴酸、氢碘酸则因还原性太强而无法稳定存在;硝酸的氧化性也恰好适中,如果换氧化性更强的酸则有可能将氯离子也氧化掉。

由于王水这种特性,很早之前就被用于黄金制品的精炼、蚀刻。比如要得到5个9(99.999%)以上的纯金,就得用王水,这被称为“沃尔米尔法”。

金器的保养一般先用火烧除油,然后将烧热的黄金放入盐酸溶液中清洗,但有些不法的商贩将盐酸偷换成王水,窃取顾客的黄金,所以金器保养前后最好仔细称量一下,谨防被化学偷窃。

电影《黄金大劫案》里面,主角拉了一油罐车的王水去溶掉日本人的黄金,这实在是一个伪科学的情节,姑且不说油罐车会先被溶解,就是王水本身也很不稳定,会释放出大量氯气,不用等影片中那惊心动魄的枪战,周围的人早就会被氯气毒死。

所以,在现实中,极易变质的王水必须现配现用。

二战期间,德国纳粹政府逮捕了激进分子、1935年诺贝尔和平奖得主奥西埃茨基,开始抵制诺贝尔奖,并宣布要没收劳厄(1914年诺贝尔物理学奖)和弗兰克(1925年诺贝尔物理学奖)的诺贝尔奖牌。两位科学家只好来到哥本哈根找到玻尔,请求玻尔大师帮忙保管他们的奖牌。1940年,德国入侵丹麦,玻尔实验室里的奖牌眼看即将不保,玻尔紧张的不得了,唯恐失信于朋友。这时候,跟玻尔同在实验室的赫维西(铪元素的发现者)提出了一个好办法——将奖牌溶于王水。玻尔将奖牌的王水溶液和一百多个瓶子放在实验室架子上,过来搜查的纳粹士兵果然没有发现。

二战结束后,溶液里的黄金被还原出来,送到斯德哥尔摩重新铸造,于1949年完璧归赵。这个故事成为科学史上一段佳话,在战火的对比下,凶猛的王水也可以这么温情。

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其实这个问题是这样的,王水听起来非常强大,腐蚀性非常强但是那也只是针对特定的物质,能耐王水腐蚀的材料是非常多的。金看似具有化学惰性,不与大多数物质反应,但实际上耐腐蚀能力并不强,甚至在金属里都不突出。

王水的腐蚀性主要体现再以下几个方面:1.本身显酸性能与大部分金属作用。2.具有强氧化性,能够与惰性金属作用,同时侵蚀塑料等高分子材料。3.含有氯离子,氯离子可以导致合金材料的晶间腐蚀,同时可以与贵金属形成配位作用溶解贵金属。

所以对抗王水腐蚀就要从这三个方面入手:

首先,王水的溶解性能主要是针对金属的,因此材料我们可以从非金属里找。常见的无机非金属材料对王水都有抵抗能力,主要是这些材料本身化学键牢固,相互连接形成整体后具有出色的耐腐蚀能力。这类常见的材料有玻璃,碳化硅陶瓷,氧化铝陶瓷等。

碳化硅陶瓷,兼具耐腐蚀性与高导热性的优良材料,唯一的缺陷质地脆,就是难加工。

唯一比较遗憾的是常用耐酸材料里,石墨不耐王水,主要是因为王水氧化性过强,石墨不耐氧化。至于高分子材料,由于王水氧化性过强会破坏高分子材料的分子链因此大多数材料不耐王水,唯一的例外就是聚四氟乙烯(PTFE)。

PTFE 优良的耐腐蚀材料,俗称塑料王,耐高温性能有限,使用温度不超过200℃,PTFE可以做防腐涂层,给铁罐涂上以后就能耐王水了。


如果一定要在金属材料里找耐王水材料,惰性金属是肯定不行的,因为王水氧化性过强,可以氧化铅,铜等金属,此外还要避免使用容易形成配合物的金属。一些比较活泼的金属可以在表面与空气反应形成钝化膜,如果这层膜可以耐受王水,那么这样的金属也会有很好的耐腐蚀性。最经典的就是钛合金,钛合金可以温度不高的情况下抵御王水腐蚀。另外,一些牌号的高硅铸铁由于能在生成氧化硅钝化膜也可以耐王水腐蚀。

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