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硝酸和盐酸都是一般的强酸,为什么两者混合能成为超强酸“王水”?

王水实际上算不得超强酸,何况王水并非一种在常温下十分稳定的化合物,它的酸性和氧化性都随着不断分解为亚硝酰氯和氯气而逐步衰减。

超强酸是有明确定义的

传统意义上的超强酸,是指酸度大于100%纯硫酸的酸,其哈米特酸度函数为-12。而现代的超强酸定义则是指其质子化学势高于纯硫酸的酸。目前工业出产的超强酸包括三氟甲磺酸(CF3SO3H)、和氟硫酸(HSO3F),它们都比硫酸的酸度强约1000倍。大多数超强酸是通过强路易斯酸和强布朗斯台德酸的组合制备的,最超强的酸由此产生,即大名鼎鼎的氟锑酸。另外一群超强酸,则来自碳硼烷酸家族。

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上图:氟锑酸效果示意(仅仅是示意)。

哈米特酸度函数,由物理有机化学家路易斯普拉克哈米特提出,用于pH值无法度量的非常浓的强酸溶液,包括超强酸。pH值只适用于稀释的酸液王水并没想象的那么凶狠

王水的腐蚀作用源于硝酸的硝酸的强氧化能力,其以恰当的比例与盐酸混合获得了一种具有溶解某些惰性金属,如金和铂的能力。但实际上王水也并不是什么都能溶解,对某些金属他也是无能为力的。王水在常温下无法溶解银、钛、铱、钌、铼、钽、铌、铪、锇或铑,但温度压强等条件改变他们也有可能会被王水攻破。

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上图:来,干了这杯琥珀色的王水!

王水的质变源于硝酸和盐酸的完美搭配

虽然硝酸和盐酸单独无法溶解黄金,但他们结合起来,构成了一种流水线,各有分工。硝酸是一种强氧化剂,它能够在接触金表面时以其强大的氧化性使表面的金原子丧失电子,微微溶解,形成金离子(Au3 +)。然后,盐酸提供的氯离子则顺水推舟地与金离子反应形成四氯金酸阴离子,这个反应消耗了金离子,从而允许硝酸进一步氧化金,直到最后所有的金都溶解成为氯金酸。

因此,这种分工协作,造就了我们看到的王水的强悍溶解能力,化学反应式如下:

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上图:黄金在王水中“洗澡”的后果。

氧化性和酸性是化合物的两个不同的属性

氧化性是化合物获得电子的能力,氧化性越强就越能够从其他分子或原子夺取电子(夺取一个电子相当于失去一个正电荷),使其变成阳离子,而使自己变成阴离子。

酸性是某种化合物释放氢离子(质子)的能力(不一定要在水中)。质子具有弱氧化性,但能够与氢氧根负离子(OH-)形成稳定的水分子。从某种意义上来说,水既是一种酸,也是一种碱。

总结:

正是氧化性和酸性的恰当搭配,给王水带来了异常的腐蚀能力。

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