Königswasser
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| Namen | |
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| IUPAC-Bezeichnung
Salpetersäure-Hydrochlorid
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Andere Namen
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| Bezeichner | |
3D-Modell (JSmol)
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PubChem CID
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| UNII | |
SMILES
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| Eigenschaften | |
Chemische Formel
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HNO3 + 3 HCl |
| Erscheinungsbild | Rauchende Flüssigkeit. Frisch zubereitetes Königswasser ist farblos, färbt sich jedoch innerhalb von Sekunden gelb, orange oder rot. |
| Dichte | 1,01-1,21 g/cm3 |
| Schmelzpunkt | -42 °C (-44 °F; 231 K) |
| Siedepunkt | 108 °C (226 °F; 381 K) |
Löslichkeit in Wasser
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mischbar |
| Dampfdruck | 21 mbar |
| Gefahren | |
| NFPA 704 (Feuerdiamant) |  
3
0
0 OX |
Sofern nicht anders angegeben, gelten die Daten für Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).
Referenzen in der Infobox
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Königswasser (/ˈreɪɡiə, ˈriːdʒiə/; aus dem Lateinischen, wörtlich "königliches Wasser" oder "königliches Wasser") ist ein Gemisch aus Salpetersäure und Salzsäure, am besten in einem Molverhältnis von 1:3. Königswasser ist eine rauchende Flüssigkeit. Frisch zubereitetes Königswasser ist farblos, färbt sich aber innerhalb von Sekunden gelb, orange oder rot und wurde von den Alchemisten so genannt, weil es die Edelmetalle Gold und Platin, jedoch nicht alle Metalle, auflösen kann. ⓘ
ⓘ| Allgemeines | ||||||||||
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| Name | Königswasser | |||||||||
| Andere Namen |
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| Summenformel | nicht angebbar, da Gemisch | |||||||||
| Kurzbeschreibung |
gelbe bis rotbraune Flüssigkeit | |||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | ||||||||||
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| Eigenschaften | ||||||||||
| Molare Masse | nicht angebbar, da Gemisch | |||||||||
| Aggregatzustand |
flüssig | |||||||||
| Löslichkeit |
vollständig mischbar mit Wasser | |||||||||
| Sicherheitshinweise | ||||||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | ||||||||||
Königswasser, selten auch Königssäure genannt, ist ein Gemisch aus konzentrierter (37 %iger) Salzsäure und konzentrierter (65 %iger) Salpetersäure im Mol-Verhältnis 3 zu 1. Es war dem persischen Autor Ali Geber schon im 8. Jahrhundert bekannt. ⓘ
Herstellung und Zersetzung
Beim Mischen von konzentrierter Salzsäure und konzentrierter Salpetersäure kommt es zu chemischen Reaktionen. Diese Reaktionen führen zu den flüchtigen Produkten Nitrosylchlorid und Chlorgas:
- HNO3 + 3 HCl → NOCl + Cl2 + 2 H2O ⓘ
was sich in der rauchigen Natur und der charakteristischen gelben Farbe von Königswasser zeigt. Wenn die flüchtigen Produkte aus der Lösung entweichen, verliert das Königswasser seine Wirkung. Nitrosylchlorid (NOCl) kann sich weiter in Stickstoffoxid (NO) und elementares Chlor (Cl2) zersetzen:
- 2 NOCl → 2 NO + Cl2 ⓘ
Diese Dissoziation ist gleichgewichtsbegrenzt. Daher enthalten die Dämpfe über Königswasser neben Nitrosylchlorid und Chlor auch Stickstoffoxid (NO). Da Stickstoffmonoxid leicht mit Luftsauerstoff reagiert, enthalten die entstehenden Gase auch Stickstoffdioxid, NO2 (roter Dunst):
- 2 NO + O2 → 2 NO2 ⓘ
Anwendungen
Königswasser wird in erster Linie zur Herstellung von Chlorwasserstoffsäure verwendet, dem Elektrolyten im Wohlwill-Verfahren zur Raffination von Gold höchster Qualität (99,999 %). ⓘ
Königswasser wird auch beim Ätzen und in bestimmten Analyseverfahren verwendet. In einigen Labors wird es auch verwendet, um Glaswaren von organischen Verbindungen und Metallpartikeln zu reinigen. Diese Methode wird von den meisten gegenüber dem traditionelleren Chromsäurebad zur Reinigung von NMR-Röhrchen bevorzugt, da keine Spuren von paramagnetischem Chrom zurückbleiben und die Spektren beeinträchtigen können. Während von Chromsäurebädern wegen der hohen Toxizität des Chroms und der Explosionsgefahr abgeraten wird, ist Königswasser selbst sehr korrosiv und war bereits in mehrere Explosionen aufgrund falscher Handhabung verwickelt. ⓘ
Aufgrund der Reaktion zwischen seinen Bestandteilen, die zu seiner Zersetzung führt, verliert Königswasser schnell seine Wirksamkeit (bleibt aber eine starke Säure), so dass seine Bestandteile in der Regel erst unmittelbar vor der Verwendung gemischt werden. ⓘ
Auch wenn die örtlichen Vorschriften variieren, kann Königswasser durch vorsichtiges Neutralisieren entsorgt werden, bevor es in die Spüle geschüttet wird. Bei einer Verunreinigung durch gelöste Metalle sollte die neutralisierte Lösung zur Entsorgung aufgefangen werden. ⓘ
- Mit Hilfe von Königswasser werden u. a. Edelmetallpräparate für die Porzellan- und Glasmalerei hergestellt.
- In der analytischen Chemie findet Königswasser Anwendung beim Aufschluss schwerlöslicher Stoffproben. (siehe auch Königswasseraufschluss)
- In der Metallografie wird Königswasser bei einigen Legierungen verwendet, um die kristalline Struktur einer Oberfläche sichtbar zu machen.
- In verschiedenen Konzentrationen dient es heutzutage noch dazu, die Karätigkeit (ein alter Begriff für Feingehalt) von Gold zu überprüfen. Dabei wird die Löslichkeit einer Abriebprobe in den verschiedenen Lösungen geprüft.
Früher wurde Königswasser (in starker Verdünnung) äußerlich angewandt:
„Im Winter von 1857–58 hatte ich einen Kranken auf meiner Abtheilung, welcher von einer Erfrierung der Füsse eine Anästhesie zurückbehielt, wogegen ich unter anderem locale Bäder mit Königswasser anwendete.“
Chemie
Gelöstes Gold
Königswasser löst Gold auf, obwohl keine der beiden Säuren allein dazu in der Lage ist. Salpetersäure ist ein starkes Oxidationsmittel, das tatsächlich eine praktisch nicht nachweisbare Menge Gold auflöst und Gold(III)-Ionen (Au3+) bildet. Die Salzsäure liefert einen Vorrat an Chloridionen (Cl-), die mit den Goldionen reagieren und Tetrachloroaurat(III)-Anionen ([AuCl4]-) bilden, die ebenfalls in Lösung vorliegen. Die Reaktion mit Salzsäure ist eine Gleichgewichtsreaktion, die die Bildung von Tetrachloroaurat(III)-Anionen begünstigt. Dies führt zu einer Entfernung von Goldionen aus der Lösung und ermöglicht eine weitere Oxidation des Goldes. Das Gold löst sich auf und wird zu Chloroaurinsäure. Darüber hinaus kann Gold auch durch das in Königswasser enthaltene Chlor aufgelöst werden. Entsprechende Gleichungen lauten:
- Au + 3 HNO
3 + 4 HCl [AuCl
4]−
+ 3 NO
2 + H
3O+
+ 2 H
2O
oder
- Au + HNO
3 + 4 HCl [AuCl
4]−
+ NO + H
3O+
+ H
2O. ⓘ
Feste Tetrachlorwasserstoffsäure kann isoliert werden, indem das überschüssige Königswasser eingedampft und die restliche Salpetersäure durch wiederholtes Erhitzen der Lösung mit zusätzlicher Salzsäure zersetzt wird. Dieser Schritt reduziert die Salpetersäure (siehe Zersetzung von Königswasser). Ist elementares Gold erwünscht, so kann es selektiv mit Reduktionsmitteln wie Schwefeldioxid, Hydrazin, Oxalsäure usw. reduziert werden. Die Gleichung für die Reduktion von oxidiertem Gold (Au3+) durch Schwefeldioxid (SO2) lautet wie folgt:
- 2 [AuCl4]-(aq) + 3 SO2(g) + 6 H2O(l) → 2 Au(s) + 12 H+(aq) + 3 SO2-4(aq) + 8 Cl-(aq) ⓘ
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Auflösen von Platin
Ähnliche Gleichungen lassen sich für Platin aufstellen. Wie bei Gold kann die Oxidationsreaktion entweder mit Stickstoffmonoxid oder Stickstoffdioxid als Stickstoffoxidprodukt geschrieben werden:
- Pt(s) + 4 NO-3(aq) + 8 H+(aq) → Pt4+(aq) + 4 NO2(g) + 4 H2O(l)
- 3 Pt(s) + 4 NO-3(aq) + 16 H+(aq) → 3 Pt4+(aq) + 4 NO(g) + 8 H2O(l) ⓘ
Das oxidierte Platin-Ion reagiert dann mit Chlorid-Ionen und bildet das Chloroplatin-Ion:
- Pt4+(aq) + 6 Cl-(aq) → [PtCl6]2-(aq) ⓘ
Experimentelle Untersuchungen zeigen, dass die Reaktion von Platin mit Königswasser wesentlich komplexer ist. Bei den ersten Reaktionen entsteht ein Gemisch aus Chlorplatinsäure (H2[PtCl4]) und Nitrosoplatinchlorid ([NO]2[PtCl4]). Das Nitrosoplatinchlorid ist ein festes Produkt. Wird eine vollständige Auflösung des Platins angestrebt, müssen die restlichen Feststoffe wiederholt mit konzentrierter Salzsäure extrahiert werden:
- 2 Pt(s) + 2 HNO3(aq) + 8 HCl(aq) → [NO]2[PtCl4](s) + H2[PtCl4](aq) + 4 H2O(l)
und
- [NO]2[PtCl4](s) + 2 HCl(aq) ⇌ H2[PtCl4](aq) + 2 NOCl(g) ⓘ
Die Chlorplatinsäure kann durch Sättigung der Lösung mit molekularem Chlor (Cl2) unter Erhitzen zu Chlorplatinsäure oxidiert werden:
- H2[PtCl4](aq) + Cl2(g) → H2[PtCl6](aq) ⓘ
Die Auflösung von Platinfeststoffen in Königswasser war die Entdeckungsmethode für die dichtesten Metalle, Iridium und Osmium, die beide in Platinerzen vorkommen und von Königswasser nicht aufgelöst werden, sondern sich als unlösliches Metallpulver (elementares Ir, Os) am Boden des Gefäßes absetzen. ⓘ
(vier Tage später). ⓘ
Ausfällung von gelöstem Platin
In der Praxis wird bei der Reinigung von Platingruppenmetallen durch Auflösung in Königswasser Gold (das häufig mit den Platingruppenmetallen assoziiert ist) durch Behandlung mit Eisen(II)-chlorid ausgefällt. Das im Filtrat als Hexachloroplatinat(IV) enthaltene Platin wird durch Zugabe von Ammoniumchlorid in Ammoniumhexachloroplatinat umgewandelt. Dieses Ammoniumsalz ist extrem unlöslich und kann abfiltriert werden. Durch Entzündung (starke Erhitzung) wird es in Platinmetall umgewandelt:
- 3 [NH4]2[PtCl6] → 3 Pt + 2 N2 + 2 [NH4]Cl + 16 HCl ⓘ
Ungefälltes Hexachloroplatinat(IV) wird mit elementarem Zink reduziert, und eine ähnliche Methode eignet sich für die Rückgewinnung von Platin aus Laborrückständen in kleinem Maßstab. ⓘ
Reaktion mit Zinn
Königswasser reagiert mit Zinn unter Bildung von Zinn(IV)-chlorid, das Zinn in seiner höchsten Oxidationsstufe enthält:
- 4 HCl + 2 HNO3 + Sn → SnCl4 + NO2 + NO + 3 H2O ⓘ
Reaktion mit anderen Stoffen
Es kann mit Eisenpyrit unter Bildung von Eisen(III)-chlorid reagieren:
- FeS2 + 5 HNO3 + 3 HCl → FeCl3 + 2 H2SO4 + 5 NO + 2 H2O ⓘ
Geschichte
Königswasser wurde erstmals in der Schrift De inventione veritatis ("Über die Entdeckung der Wahrheit") von Pseudo-Geber (nach ca. 1300) erwähnt, der es durch Zugabe von Salmiak (Ammoniumchlorid) zu Salpetersäure herstellte. Die Herstellung von Königswasser durch direktes Mischen von Salzsäure mit Salpetersäure wurde erst möglich, nachdem im späten 16. Jahrhundert das Verfahren zur Herstellung freier Salzsäure entdeckt worden war. ⓘ
Der dritte Schlüssel von Basil Valentine (ca. 1600) zeigt im Vordergrund einen Drachen und im Hintergrund einen Fuchs, der einen Hahn frisst. Der Hahn symbolisiert Gold (aufgrund seiner Assoziation mit dem Sonnenaufgang und der Assoziation der Sonne mit Gold), und der Fuchs steht für Königswasser. Das wiederholte Auflösen, Erhitzen und erneute Auflösen (der Hahn frisst den Fuchs, der den Hahn frisst) führt zur Bildung von Chlorgas im Kolben. Das Gold kristallisiert dann in Form von Gold(III)-chlorid, dessen rote Kristalle Basilikum "die Rose unserer Meister" und "das rote Drachenblut" nannte. Die Reaktion wurde erst 1895 wieder in der chemischen Literatur beschrieben. ⓘ
Antoine Lavoisier nannte Königswasser 1789 Nitro-Muriasäure. ⓘ
Als Deutschland im Zweiten Weltkrieg in Dänemark einmarschierte, löste der ungarische Chemiker George de Hevesy die goldenen Nobelpreise der deutschen Physiker Max von Laue (1914) und James Franck (1925) in Königswasser auf, um zu verhindern, dass die Nazis sie beschlagnahmen. Die deutsche Regierung hatte Deutschen verboten, einen Nobelpreis anzunehmen oder zu behalten, nachdem der inhaftierte Friedensaktivist Carl von Ossietzky 1935 den Friedensnobelpreis erhalten hatte. De Hevesy stellte die resultierende Lösung in ein Regal in seinem Labor am Niels-Bohr-Institut. In der Folge wurde sie von den Nazis ignoriert, die dachten, das Glas - eines von vielleicht Hunderten auf dem Regal - enthalte gewöhnliche Chemikalien. Nach dem Krieg kehrte de Hevesy zurück, um die Lösung ungestört vorzufinden, und fällte das Gold aus der Säure aus. Das Gold wurde an die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften und die Nobel-Stiftung zurückgegeben. Sie gossen die Medaillen neu und überreichten sie erneut an Laue und Franck. ⓘ
Namensgebung
Der Name Königswasser (lat. aqua regis oder aqua regia ‚königliches Wasser‘) leitet sich von der Fähigkeit dieser Mischung ab, die „königlichen“ Edelmetalle Gold und Platin zu lösen. Aus Gold entsteht dabei Tetrachlorogold(III)-säure, aus Platin Platin(IV)-chlorid aus der entstehenden Hexachloroplatinsäure. ⓘ