王水知多少？

王水知多少？ 毕业论文 今年3月初，國內各報章雜誌、廣播電視紛紛言及王水，惜多有謬誤，即使所謂的化學資優生亦不識王水之性。今乃借用科學月刊1些篇幅，和您談談王水。本文首先介紹王水發現的歷史，以及牛頓對王水提出的解釋；並利用現代的氧化還原電位觀念來分析王水為什麼能溶解金？又為什麼不能溶解銀？王水，其實並不像您想像的那樣可以溶解任何物質。王水的發現早期歐洲及阿拉伯的鍊金家多以爐火加熱，進行反應。約在102到103世紀時，才有可溶解金屬的強水（aqua foris）和王水（aqua regia）之記載。這些酸性水可用來確認和分辨金、銀，也讓鍊金家改用不加熱的反應方式進行鍊金。但是已知確定發明硝酸（即強水）的是逝於西元1327年的杜佛（Vital du Four）。著名的德國礦冶學家阿格利科拉（Agricola, 14941555）曾用aqua valens表示可以溶解金屬的強水，實際包括硝酸、硫酸和王水。到107世紀初才有比利時人海爾蒙（Van Helmont, 15791644）的記載，說明由強水和400)this.style.width=400; border=0 alt= src=http:/210.60.224.4/ct/wordgif/9755.gif /砂（即氯化銨）製成可以溶解黃金的王水。1624年有人稱之為辨識水（Scheidewasser,德文），因可以區別金和銀。當時人已知道：銀可以溶於強水但不溶於王水，而金可溶於王水但不溶於強水。直到109世紀瑞典人柏濟留斯（Berzelius, 17791848，即中學教科書裡的巴結流）才確定以1份硝酸和2到4份鹽酸都可配成王水。王水的作用1般金屬常可與酸作用，釋放出氫氣。例如，鋅和硫酸的反應是：Zn+H2SO4 → Zn2+SO42-+H2其中鋅失去電子氧化成鋅離子，酸中的氫離子還原成氫。只要金屬的標準氧化電位高於氫，或標準還原電位低於氫（氫的標準氧化電位及標準還原電位都定為0），此金屬可以溶在酸中，如鋅即是。反之，如銅、銀則不溶在1般酸中（如表1）。然而，硝酸本身具有強氧化力，本身還原分解成1氧化氮：NO3-+4H+3e-→NO↑+2H2O銀、銅等金屬標準還原電位比它小，故可受氧化而溶解，因為硝酸稱為強水，表示比1般酸為強有力。例如： 3Ag+NO3-+4H+→NO↑+3Ag+2H2O但金及鉑在酸中氧化電位極低，還原電位極高，如 Au→Au+e-Au+→Au3+2e-硝酸也無法與之反應。若硝酸與鹽酸混合，則有氯離子存在，金與鉑的氧化電位因形成錯離子而提高，例如：Au+4Cl-→AuCl4- +3e-已和硝酸相差無幾，反應即可進行：Au+4H+4Cl-+NO3- →AuCl4-+NO+2H2O硝酸、鹽酸混合物因可溶解金屬之王金，故稱為王水。但王水本身並不安定，1莫耳硝酸和3莫耳鹽酸在室溫即發生反應，亦即硝酸將鹽酸氧化。HNO3+3HCl→NOCl↑+Cl2↑+2H2O牛頓與王水牛頓（Issac Newton, 16421727）也用過王水做他的煉金術研究，圖1中欄的第5、第6行是牛頓親筆所寫強水和王水的符號。他也知道強水溶解銀，王水溶解金的事實。為了解釋這現象，他曾提出1個問題：是否可以說強水已經微細到不但能鑽進銀子而且足以鑽進金子中去，但缺少使它能鑽進金子的吸引力；而王水已經微細到不但能鑽進金子而且足以鑽進銀子中去，但缺少使它能鑽進銀子的吸引力呢？註1因他認為在王水中除了強水和1些鹽精（即鹽酸）或400)this.style.width=400; border=0 alt= src=http:/210.60.224.4/ct/wordgif/9755.gif /砂外，什麼也沒有。這是牛頓在3百年前所倡物質由微粒所構成之微粒說的1種解釋。他又認為：在自然界裡，確有某些神秘的原則，根據這1原則，液體與有些東西有交際，與另1些卻不相交際。所以強水能溶解銀，但不能溶解金；而王水能溶解金，卻不能溶解銀。註2這種說法當然是不正確的，但可以看出近代科學萌芽時期，科學家如何試圖建立理論來解釋現象。王水何以不能溶解銀？強水（硝酸）可以溶解銀，但不能溶解金的原因已見上文，但為什麼王水不能溶解銀呢？實際上，王之所以稱王只因它可以溶解金，而非表示它可以溶解任何物質。銀不溶於王水是因為銀和氯離子不生成錯離子，而是形成氯化銀固體。所以，1旦銀和王水中的硝酸作用，被氧化成銀離子（見上文），立即和鹽酸中的氯離子化合而成氯化銀沈澱物：Ag+Cl-→ AgCl↓氯化銀覆蓋於銀的表面，因而阻止了銀繼續反應。就像有些金屬（如鋁、鋅）會和空氣中的氧作用產生氧化物薄膜，保護該金屬不再繼續作用1樣。劉廣定任教於台灣大學化學系註1：此段文字原載於牛頓的光學（Opticks），但1時找不到原書，故譯文乃依吳以義著庫恩39頁（東大圖書公司，民國85年），但刪去1些贅字。註2：此段文字原載於牛頓與波以耳的通信集，亦因手邊無原書，依吳以義，前引書43頁而錄。1 2下1页 上1页12