王水實際上算不得超強酸,何況王水并非一種在常溫下十分穩定的化合物,它的酸性和氧化性都隨著不斷分解為亞硝酰氯和氯氣而逐步衰減。
超強酸是有明確定義的
傳統意義上的超強酸,是指酸度大于100%純硫酸的酸,其哈米特酸度函數為-12。而現代的超強酸定義則是指其質子化學勢高于純硫酸的酸。目前工業出產的超強酸包括三氟甲磺酸(CF3SO3H)、和氟硫酸(HSO3F),它們都比硫酸的酸度強約1000倍。大多數超強酸是通過強路易斯酸和強布朗斯臺德酸的組合制備的,最超強的酸由此產生,即大名鼎鼎的氟銻酸。另外一群超強酸,則來自碳硼烷酸家族。
上圖:氟銻酸效果示意(僅僅是示意)。
哈米特酸度函數,由物理有機化學家路易斯普拉克哈米特提出,用于pH值無法度量的非常濃的強酸溶液,包括超強酸。pH值只適用于稀釋的酸液
王水并沒想象的那么兇狠
王水的腐蝕作用源于硝酸的硝酸的強氧化能力,其以恰當的比例與鹽酸混合獲得了一種具有溶解某些惰性金屬,如金和鉑的能力。但實際上王水也并不是什么都能溶解,對某些金屬他也是無能為力的。王水在常溫下無法溶解銀、鈦、銥、釕、錸、鉭、鈮、鉿、鋨或銠,但溫度壓強等條件改變他們也有可能會被王水攻破。
上圖:來,干了這杯琥珀色的王水!
王水的質變源于硝酸和鹽酸的完美搭配
雖然硝酸和鹽酸單獨無法溶解黃金,但他們結合起來,構成了一種流水線,各有分工。硝酸是一種強氧化劑,它能夠在接觸金表面時以其強大的氧化性使表面的金原子喪失電子,微微溶解,形成金離子(Au3 +)。然后,鹽酸提供的氯離子則順水推舟地與金離子反應形成四氯金酸陰離子,這個反應消耗了金離子,從而允許硝酸進一步氧化金,直到最后所有的金都溶解成為氯金酸。
因此,這種分工協作,造就了我們看到的王水的強悍溶解能力,化學反應式如下:
上圖:黃金在王水中“洗澡”的后果。
氧化性和酸性是化合物的兩個不同的屬性
氧化性是化合物獲得電子的能力,氧化性越強就越能夠從其他分子或原子奪取電子(奪取一個電子相當于失去一個正電荷),使其變成陽離子,而使自己變成陰離子。
酸性是某種化合物釋放氫離子(質子)的能力(不一定要在水中)。質子具有弱氧化性,但能夠與氫氧根負離子(OH-)形成穩定的水分子。從某種意義上來說,水既是一種酸,也是一種堿。
總結:
正是氧化性和酸性的恰當搭配,給王水帶來了異常的腐蝕能力。
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