왕수

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왕수
The Aqua Regia.png
일반적인 성질
IUPAC 이름 Nitric acid Hydrochloride
화학식 Cl2·NOCl·2H2O
별칭 Aqua Regia
CAS 번호 8007-56-05
PubChem 62687
ChemSpider 56437
물리적 성질
상태 액체
분자량 172.4 g/mol
녹는점 231.15 K
-42 °C
-43.6 °F
끓는점 381.15 K
108 °C
226.4 °F
밀도 1.01–1.21 g/cm3
형태 주황색
열화학적 성질
안전성

왕수(王水, 라틴어: aqua regia 아쿠아 레기아[*])는 진한 염산과 진한 질산을 3:1로 섞은 용액이다. 이나 백금 등의 귀금속을 녹인다.

제조[편집]

만약 염산과 질산이 화학적으로 반응하지 않고 성분이 섞인 용액으로만 존재했다면 금을 녹이지 못했을 것이다. 왕수는 다음과 같은 화학 반응을 통해 형성된다.

HNO3(aq) + 3 HCl(aq) → NOCl(g) + Cl2(g) + 2 H2O(l)

반응시 염소 기체가 발생해 특유의 자극적인 냄새를 풍기며, 강력한 산화 용해성을 지닌 휘발성 작용기인 염화 니트로실(NOCl)이 생성되기 때문에 여러가지 귀금속을 녹일 수 있다. 하지만 시간이 지나면 염화 니트로실이 증발하여 왕수는 그에 따라 효력을 잃기때문에, 사용할 때마다 새로 조제해서 사용한다.

또한 염화 니트로실은 평형 제한적으로 일산화 질소와 염소 기체로 해리될 수 있으며, 해리된 일산화 질소는 공기중의 산소와 반응하여 미량의 이산화 질소를 형성하기도 한다.

2 NOCl(g) → 2NO(g) + Cl2(g)
2 NO(g) + O2(g) → 2 NO2(g)

화학적 성질[편집]

왠만한 3대 강산(염산, 황산, 질산)에도 잘 녹지 않는 이나 백금 등의 귀금속을 녹일 수 있으며, 왕수를 섭씨 100도 이상으로 가열하면 이리듐, 로듐, 탄탈럼 등의 금속마저 녹여버릴 정도로 매우 강력하다.

금과의 반응[편집]

강력한 산화제질산은 금을 용해시켜 금 이온(Au3+)을 만들고, 염산은 양성자(H+)와 염화 이온(Cl-)으로 해리되어 금 이온과 반응해 염화 금산을 형성한다. 이러한 염산과의 반응은 용액으로부터 금 이온을 제거하고 금의 추가 산화가 일어날 수 있게 해준다. 반응식은 다음과 같다.

Au + 3 HNO3 + 4 HCl ⇌ AuCl4- + 3 NO2 + H3O+ + 2 H2O

또는

Au + HNO3 + 4 HCl ⇌ AuCl4- + NO + H3O+ + H2O

금이 녹아있는 왕수를 끓여서 증발시키면 고체상태의 염화 금산을 얻을 수 있다. 순수한 상태의 금을 얻고자 할 경우에는 이산화 황, 하이드라진, 옥살산 등으로 환원시킬 수 있다. 이산화 황을 통한 반응식은 다음과 같다.

2 AuCl4-(aq) + 3 SO2(g) + 6 H2O(l) → 2 Au(s) + 12 H+(aq) + 3 SO42- + 8 Cl-(aq)

백금과의 반응[편집]

백금 조각이 왕수 속에서 기포를 내뿜고 있다.

실제 실험에 근거하여, 백금과의 반응은 금에 비해 훨씬 더 복잡하다. 금과 마찬가지로 반응에서 일산화 질소와 이산화 질소가 생성된다.

Pt(s) + 4 NO3-(aq) + 8 H+(aq) → Pt4+(aq) + 4 NO2(g) + 4 H2O(l)
3 Pt(s) + 4 NO3-(aq) + 16 H+(aq) → 3 Pt4+(aq) + 4 NO(g) + 8 H2O(l)

산화된 백금 이온은 다음과 같이 염화 이온과 반응하여 백금산 이온(IV)(PtCl42-)을 만든다.

Pt4+(aq) + 6 Cl-(aq) → PtCl62-

초기 반응에서는 사염화 백금산(IV)(H2PtCl4)과 염화 니트로소 백금((NO)2PtCl4)이 만들어진다. 백금을 완전히 용해시켜야 하는 경우 고농도의 염산으로 잔류 부산물들을 여러 번 제거해야된다.

2 Pt(s) + 2HNO3(aq) + 8 HCl(aq) → (NO)2PtCl4(s) + H2PtCl4(aq) + 4 H2O(l)

또는

(NO)2PtCl4(s) + 2 HCl(aq) ⇌ H2PtCl4(aq) + 2 NOCl(g)

염소 기체를 사염화 백금산(IV)용액에 포화시킨 뒤 가열하면 육염화 백금산(VI)(H2PtCl6)을 얻을 수 있다.

H2PtCl4(aq) + Cl2(g) → H2PtCl6(aq)

반응시의 침전물[편집]

백금족 원소들이 왕수에서의 용해를 통해 정제될 때, 염화철(II)로 처리함으로써 금이 가라않게 된다.

염화 백금의 생성 과정에서 남은 백금은 염화 암모늄을 첨가하여, 불용성인 염화 백금산 암모늄(IV)으로 환원시켜 분리할 수 있다. 이것을 가열하면 순수한 백금을 얻을 수 있다.

3 (NH4)2PtCl6 → 3Pt + 2 N2 + 2 NH4Cl + 16 HCl

석출되지 않은 염화백금산(VI) 이온은 아연으로 환원시켜 순수한 백금을 추출한다. 이러한 방법은 실험의 잔류물에서 적은 양의 백금을 추출하는 데 적합하다.

주석과의 반응[편집]

왕수는 주석과 반응하여 주석의 가장 높은 산화 상태인 염화 주석(IV)을 형성한다.

4 HCl + 2 HNO3 + Sn → SnCl4 + NO2 + NO + 3 H2O

용도[편집]

  • 백금 광석에서 주로 산출되는 오스뮴이리듐을 분리하는데 사용된다.

역사[편집]

왕수는 중세 유럽의 연금술사 가짜 게버의 저작에 처음 기록되어있다.[1] 1789년 라부아지에는 이 산을 '나이트로 뮤리아틱 산'이라고 불렀다.[2]

안전성[편집]

초강산이지만 유리는 녹이지 못하기 때문에, 사용할 때는 유리 실험도구에 넣어서 사용한다.

일화[편집]

2차 세계대전 당시 독일이 덴마크를 침공했을때, 헝가리의 화학자 죄르지 헤베시는 노벨 물리학상을 받은 독일인 막스 폰 라우에제임스 프랑크의 노벨상 메달을 왕수에 녹여서 나치가 압수해가는 것을 막았다. 당시 독일 정부는 1935년에 감옥에 있던 평화운동가 카를 폰 오시에츠키가 노벨상을 받은 이후, 독일인들이 노벨상을 받거나, 받은 것을 가지고 있는 것을 금지했다. 헤베시는 노벨상을 녹인 용액을 닐스 보어 연구소의 자기 시약 선반에 보관했고, 백 개 가량 되는 일반 화학 시약병 중 하나에 노벨상과 금이 들어있으리라 생각하지 못한 나치 병사들의 검열을 피할 수 있었다. 전쟁이 끝난 후 헤베시는 자기 연구실에 돌아와 자신의 금 용액이 무사히 남아있는 것을 확인하고, 금을 산용액에서 추출했다. 추출된 금은 왕립 스웨덴 과학 아카데미와 노벨 재단에 보내졌고, 다시 메달로 주조되어 라우에와 프랑크에게 돌아갔다.[3][4]

각주[편집]

  1. “Encyclopedia Britannica 1911, Alchemy. 2007년 2월 28일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2007년 2월 28일에 확인함. 
  2. Elements of Chemistry, p. 116
  3. "Adventures in radioisotope research", George Hevesy
  4. Birgitta Lemmel (2006). “The Nobel Prize Medals and the Medal for the Prize in Economics”. The Nobel Foundation.