Werk buiten of in een zuurkast i.v.m. de giftige nitreuze dampen. En salpeterzuur is erg bijtend!

Doe ca. 20 mL salpeterzuur in een bekerglas. Doe in 4 reageerbuizen steeds ¼ gram van de metalen, in oplopende "edelheid", d.w.z. aluminium, zink, ijzer en koper; dit is groep 1. Liefst de metalen in de vorm van kleine stukjes (gegranuleerd), maar staalwol en stukjes koperdraad zijn ook prima.
Doe in 4 andere reageerbuizen hetzelfde en in een ander bekerglas ca. 10 mL salpeterzuur met 30 mL ged. water; beker en buizen vormen groep 2. In beker 2 zit nu verdund salpeterzuur van ca. 15%.

Uitvoering van de proef:

Verwarm het zuur in beide bekers tot ca. 60°C. Schenk bij ieder van de 4 metalen in groep 1 voorzichtig 5 mL van het geconcentreerde salpeterzuur. Je zou verwachten dat aluminium het sterkst zou reageren, en het koper het zwakst, maar dat is bepaald niet het geval. Het aluminium reageert nauwelijks; het zink komt traag op gang maar reageert dan heftig; maar het ijzer en het koper zijn er als de kippen bij. Ze scheiden geen waterstof af maar er ontstaat een donkerbruine damp die giftg is en een lucht van oude dieselbussen verspreidt. (Niet aan ruiken, je merkt het wel!) Je laat dat uitwerken tot alle zink, koper en ijzer is opgelost. Je ziet dat de oplossingen van zink, ijzer en koper resp. lichtgeel, roestbruin en blauw zijn.
Nu herhaal je het experiment door uit beker 2 steeds 10 mL verdund salpeterzuur in elke reageerbuis van groep 2 te schenken. Wat zie je? Deze keer reageert het koper niet, het ijzer wel: nagenoeg op dezelfde wijze als met geconcencreerd salpeterzuur. Het zink en het aluminium lossen nu beide ook op, zij het onder minder vorming van bruin gas.

De metalen in 15% salpeterzuur.

Verklaring: Salpeterzuur is niet alleen een sterk zuur maar ook een sterke oxidator. Aluminium heeft een beschermende laag van Al2O3 waardoor het zuur zijn werk niet meer kan doen. Zink ook, maar ZnO houdt de reactie niet lang tegen. De reactie met koper gaat als volgt: Cu + 2 HNO3 + 2 H+ → Cu2+ + 2 NO2 + 2 H2O Het stikstofdioxide is het giftige, roodbruine gas. Verdund salpeterzuur verwijdert die huid, dus kan het wel de onedele metalen oplossen. Maar niet koper, daar is het niet sterk genoeg voor. Maar ook het verdunde zuur oxideert het waterstof dat gevormd wordt met andere zuren. Dan ontstaat kleurloos stikstofmonoxide dat met de zuurstof in de lucht ook meteen reageert tot het bruine stikstofdioxide.

Na afloop van de proef:

Niet-opgeloste metalen kunnen worden afgespoeld en afgedroogd voor hergebruik.
De oplossingen met koper en zink gaan naar de milieustraat als zware metalen; de overige buizen worden leeggegoten in een beker met kristalsoda. De vloeistof kan daarna worden weggespoeld door de gootsteen.

Nadere beschouwingen van de M.S. Verdund salpeterzuur staat hoger in Binas, tabel 48, dan geconcentreerd salpeterzuur en is dus merkwaardigerwijs een sterkere oxidator. Uit deze tabel kun je niet opmaken welke van beide halfvergelijkingen met NO3¯ slaat op verdund en welke op geconcentreerd salpeterzuur. De laatste geeft het bruine gas stikstofdioxide en het verdunde geeft het kleurloze gas NO dat met voldoende zuurstof bruin wordt. Het reageert dan tot stikstofdioxide. Je ziet dus in de vloeistof een kleurloos gas ontstaan dat boven in de buis (licht) bruin wordt. Je kunt NO, doordat het kleurloos is, verwarren met waterstofgas dat eveneens kleurloos is. Maar waterstof kan uit koper niet ontstaan omdat koper daar een te zwakke reductor voor is. Alleen de reductoren die in Binas, tabel 48, lager staan dan waterstof, kunnen dat. Je kunt je afvragen of in deze proef waterstof zal ontstaan uit Al, Zn en Fe, maar dat zal niet gebeuren doordat salpeterzuur een sterkere oxidator is (hoger staat in Binas, tabel 48) dan waterstofionen. Het is vreemd dat verdund salpeterzuur niet reageert met koper terwijl het een sterkere oxidator is dan geconcentreerd salpeterzuur. Maar de volgorde van de oxidatoren en reductoren in Binas, tabel 48, is bij standaardomstandigheden. Dat is bij kamertemperatuur en normale druk en bij een concentratie van 1,0 mol/L. Hoe groter de concentratie des te effectiever wordt de oxidator. Zo kan het zijn dat geconcentreerd salpeterzuur het toch wint van verdund. Maar vreemd blijft het dat koper het niet doet met verdund salpeterzuur. Volgens Binas, tabel 48, moeten ze het doen (de oxidator staat hoger dan de reductor). Bovendien is verdund salpeterzuur 15% en dat is volgens Binas, tabel 43A, meer dan 2,0 M, dus effectiever dan standaardverdund salpeterzuur.

Proef 49-A   Aqua regia.

januari 2014

Benodigde chemicaliën en spullen:		Koper in geconcentreerd zoutzuur.	Koper opgelost in zoutzuur met wat salpeterzuur.	Koper opgelost in verdund koningswater.
Ged. water (H2O):	8 mL
Salpeterzuur 53% (HNO3):	¼ mL
Zoutzuur ca. 37% (HCl):	ca. 3 mL
Zoutzuur ca. 10% (HCl):	ca. 2 mL
Koper (Cu):	0,2 gram
Reageerbuizen:	3
Extra proefje:

Doe 3 mL geconcentreerd zoutzuur (ca. 37%) in een reageerbuisje en voeg een stukje koper (0,1 g) toe. Laat dit een dag staan. Het koper blijkt niet te zijn opgelost.
Voeg een paar druppels salpeterzuur toe. Er zit nu verdund salpeterzuur gemengd met geconcen­treerd zoutzuur bij het koper. Laat dat ook een etmaal (buiten) staan. Het koper blijkt nu wel te zijn opgelost. De vloeistof is groen.
Maak verdund zoutzuur (ca. 2%) door 8 mL water bij 2 mL zoutzuur van 10% te doen. Doe er 0,1 gram koper in en een paar druppels salpeterzuur. Verwarm in de zuurkast: nu lost het koper blauw op.

Een mengsel van geconcentreerd zoutzuur en salpeterzuur heet koningswater (Latijn, de taal der alchemisten: aqua regia). Wat je hier gebruikt is eigenlijk enigszins verdund koningswater omdat de concentratie salpeterzuur gering is. De verhouding zoutzuur : salpeterzuur is in het echte konings­water 3 : 1. Dit mengsel heet zo omdat het zelfs goud en andere edelmetalen kan oplossen.
De oplossing wordt groen doordat er door de overmaat chloride-ionen vorming plaats vindt van complexe koperionen (CuCl₄²¯ ). Zie ook proef 67 en Wikipedia.
Een halfedelmetaal als koper wordt zelfs door erg verdund koningswater opgelost.

Na afloop: Voer de restanten op dezelfde wijze af als in proef 49 beschreven.