Vätetrakloraurat (III) | |
---|---|
Allmän | |
Traditionella namn | kloraurinsyra, tetrakloruronsyra |
Chem. formel | H [ AuCl4 ] |
Fysikaliska egenskaper | |
stat | gul-orange kristaller, hygroskopiska |
Molar massa |
(vattenfri) 339,785 (trihydrat) 393,83 (tetrahydrat) 411,85 g/ mol |
Densitet | (tetrahydrat) 2,89 g/cm³ |
Kemiska egenskaper | |
Syradissociationskonstant | stark elektrolyt |
Löslighet | |
• i vatten | 350 g H[AuCl 4 ] / 100 g vatten (25 °C) |
• i | löslig i alkoholer, etrar, estrar, ketoner, acetonitril |
Strukturera | |
Koordinationsgeometri | AuCl 4 kvadrat med r (Au-Cl) 2,27-2,29 Å |
Kristallstruktur | monoklinisk, grupp C2/m |
Klassificering | |
Reg. CAS-nummer | 16903-35-8 |
PubChem | 28133 |
Reg. EINECS-nummer | 240-948-4 |
InChI | InChI=1S/Au.4ClH/h;4*1H/q+3;;;;/p-3VDLSFRRRYNGEBEJ-UHFFFAOYSA-K |
FN-nummer | <-- UN-nummer --> |
ChemSpider | 26171 |
Säkerhet | |
NFPA 704 | 0 3 ett |
Data baseras på standardförhållanden (25 °C, 100 kPa) om inget annat anges. | |
Mediafiler på Wikimedia Commons |
Vätetetrakloraurat(III) ( kloroaurinsyra ). Det är den vanligaste föreningen av guld , tjänar till att erhålla de flesta av de återstående föreningarna. Försäljningsreagenset (i ampuller) har sammansättningen H[AuCl 4 ] · n H 2 O, där n = 3 eller 4.
Metalliskt guld löses i aqua regia :
Överskott av HNO3 och HCl avlägsnas genom indunstning, den resulterande lösningen späds till önskad koncentration. Den beskrivna tekniken eller dess varianter [1] [2] används främst i laboratoriepraxis, även om liknande metoder också används i produktionen. Salpetersyra spelar i detta fall en dubbel roll - ett oxidationsmedel och en katalysator (mer exakt, kväveoxider är katalysatorn ). Andra ämnen kan fungera som oxidationsmedel, i synnerhet atmosfäriskt syre, därför är det möjligt att minska koncentrationen av HNO 3 , som ett särskilt miljöfarligt reagens, till en nivå som endast ger en katalytisk effekt [3] . För större effektivitet utförs sådana processer i autoklaver, reglering av tryck och temperatur.
Ett annat sätt att erhålla H[AuCl 4 ] involverar anodisk upplösning av metalliskt guld i saltsyra:
För att förhindra utfällning av guld vid katoden, utförs elektrolys i en cell med ett membran. Metoden används i synnerhet för framställning av en elektrolyt vid elektrokemisk raffinering av guld. En del av guldet finns i lösning i form av kloridkomplex av guld(I) [AuCl 2 ] - [4] , vilket är viktigt vid låga koncentrationer.
En lösning av H[AuCl 4 ] kan också erhållas genom direkt verkan av klor eller klorvatten på metalliskt guld i en saltsyralösning:
Reaktionen ligger till grund för den allmänt använda "hydroklorerings"-processen som används för att återvinna guld, inklusive från elektronikskrot och andra "rika" råvaror.
Utöver dessa finns det många andra sätt att överföra guld till lösning, som skiljer sig i valet av oxidationsmedel (väteperoxid, hypokloriter) eller variationer i förhållandena. Det är också möjligt att erhålla H[AuCl 4 ] inte från metalliskt guld, utan till exempel genom att lösa tidigare erhållen triklorid (Au 2 Cl 6 ) eller hydroxid (Au 2 O 3 x H 2 O) i saltsyra, även om detta sätt används mycket sällan.
Den erhållna lösningen, t.ex. enligt metoden (1), indunstas i en kopp på ett vattenbad tills kristallisation och kyls. Ibland, för att förhindra sönderdelning och separation av metalliskt guld, rekommenderas att klor passerar in i smältan i slutet under avdunstning [1] . De utfällda kristallerna uppsamlas. Om massan är helt härdad mals den snabbt i en mortel. Förvara produkten tätt tillsluten i en exsickator ovanför ett torkmedel. Beroende på när förångningen stoppades innehåller produkten från 3 till 4 vattenmolekyler per molekyl H[AuCl 4 ]. Sovjetiska/ryska kommersiella preparat har vanligtvis n = 4, vilket motsvarar en guldhalt på 48 % [5] , andra n = 3 [6] .
Kristalliseras som gul-orange nålar. Reagenset är mycket hygroskopiskt. Låt oss väl lösa inte bara i vatten, utan också i många torra syrehaltiga organiska lösningsmedel: alkoholer, etrar, ketoner. Till exempel i torr dietylenglykoldibutyleter (dibutylkarbitol) överstiger lösligheten 1 mol/L. Mättade lösningar i organiska lösningsmedel är ofta flytande solvat med en viss stökiometri.
När fast H[AuCl 4 ]· n H 2 O upphettas i luft, smälter reagenset i kristallvatten, mörknar snabbt, blir mörkbrunt. Ytterligare uppvärmning leder till sönderdelning med frisättning av metalliskt guld och ett ljusgult pulver, tydligen AuCl . Efter långvarig uppvärmning finns bara metalliskt guld kvar. Signifikant massförlust på grund av sublimering av Au2Cl6 observeras inte .
Uppvärmning av H[AuCl 4 ]· n H 2 O i ett flöde av klor vid 200°C leder till bildning av guldtriklorid (Au 2 Cl 6 ) [7] .
När H[AuCl4 ] ·4H2O kyls , observeras två fasövergångar, vid 290 K och 218 K [8] .
Kristallstrukturen för H[AuCl4 ] 4H2O är monoklinisk, C2/m -grupp , cellparametrar: a = 11,78, b = 4,62 , c = 8,89 Å , β = 101,9°, Z = 2 Cellvolym 473 Å3 . Densiteten beräknad från kristallografi är 2,89 g/ cm3 . Anjonens struktur [AuCl
fyra] - är en vanlig kvadrat med r (Au-Cl) 2,283-2,286 Å . Vätejonen H + är bunden till två vattenmolekyler och bildar en H 5 O -jon+
2. [9] . Kristallstrukturer av andra föreningar som innehåller anjonen [AuCl
fyra] - , är mycket olika [10] [11] . AuCl 4 -fragmentet i sig har emellertid i alla fall en nästan idealisk kvadratisk-planarkoordination med ett Au-Cl- avstånd på 2,27-2,29 Å . I många fall är andra potentiella donatoratomer belägna i axiella positioner till denna kvadrat (ovanför eller under planet), vilket kompletterar den allmänna miljön för guldatomen till en tetragonal (fyrkantig) pyramid eller bipyramid. Avståndet till sådana axiella atomer är alltid större än summan av atomernas kovalenta radier, men ofta mindre än summan av van der Waals radierna. I dessa fall talar man om koordinationen av guldatomen 4 + 1 eller 4 + 2 .
Stark elektrolyt, fullständigt dissocierad i H + och [AuCl
fyra] - . Färgen på lösningarna är gul, orange vid höga koncentrationer och praktiskt taget oskiljbar vid C Au < 10 −4 mol/L . Det är mycket lösligt i vatten, koncentrationen av lösningen mättad vid 25 °C är 77,9 %, vilket motsvarar 10,34 mol H[AuCl 4 ] per 1 kg vatten [12] . Lösningarnas densitet beror nästan linjärt på molkoncentrationen:
Absorptionsspektrumet innehåller två huvudband: vid ν = 31800 cm – 1 s ε = 5600 L mol – 1 cm– 1 och vid ν = 44200 cm – 1 s ε = 40000 L mol – 1 cm– 1 [ 13] . För praktiska ändamål (analytiska definitioner, vetenskaplig forskning) används den första av dem oftare. I vattenorganiska och organiska medier kan den rödförskjutas med 1000–2000 cm– 1 . För att erhålla högkvalitativa spektra är det nödvändigt att tänka på hydrolysen av [AuCl 4 ] - , därför bör tillståndet [H + ][Cl − ] > 10 −4 bibehållas ; det bästa mediet är 0,1 mol/l HCl.
Specifik jonisk elektrisk konduktivitet [AuCl
fyra] - är lika med λ AuCl4 = 60,3 cm 2 Ohm −1 ekv −1 (25 ° C, C Au = 0,01 mol/l). Aktivitetskoefficienterna för H[AuCl
fyra] i vattenlösningar och lösningar av salt- eller svavelsyra [12] [14] .
Eftersom H[AuCl är en stark syra
fyra] kan bilda enkla salter genom neutralisering eller utbytesreaktioner utan att ändra anjonen [AuCl
fyra] - . Enligt standardnomenklaturen - tetrakloroaurater , används dock namnet tetrakloroaurater eller kloroaurater ( tetrakloraurater, kloroaurater ) nu vanligt . Välkända enkla salter av litium , natrium , kalium , rubidium , cesium , ammonium med den allmänna formeln M[AuCl
fyra] n H 2 O. Salternas löslighet i vatten minskar i allmänhet från Li + till Cs + (g / 100 g lösning, 20 ° C): 58 (Li + ), 60 (Na + ), 38 (K + ) , 9 (Rb + ), 0,8 (Cs + ) [7] . De vanligaste är natriumsalter Na[AuCl 4 ]·2H 2 O och kaliumsalter K[AuCl 4 ]·2H 2 O , som kan erhållas genom kristallisation ur en lösning efter indunstning och kylning. Vid långvarig torkning över P 2 O 5 går vatten delvis förlorat, de resulterande produkterna motsvarar ungefär M[AuCl
fyra] 0,5 H2O [ 7 ] .
Eftersom det är en stor anjon [AuCl
fyra] - kapabel att fälla ut många stora katjoner, inklusive komplexa. Så, om Na[AuCl 4 ] och K[AuCl 4 ] är mycket lösliga, så är Cs[AuCl 4 ]-saltet svagt lösligt. Saltet Tl[AuCl4 ] ·5H2O [ 15 ] är dåligt lösligt ; salter av kvaternära ammoniumbaser (QAO): Et 4 N[AuCl 4 ] ( lg K s = −5,95 , där K s är löslighetsprodukten ), Bu 4 N[AuCl 4 ] ( log K s = −9,10 ), Hex 4 N[AuCl 4 ] ( log K s = -12,9 ) [16] . Av de komplexa svårlösliga salterna kan man notera [Au(dipy)Cl 2 ][AuCl 4 ] ( lg K s = −8,6 ) [17] ; [Co(NH3 ) 6 ] [AuCl4 ] Cl2 ' ( lg Ks = -7,4 ); [Co(en) 3 ][AuCl4 ] 2Cl ( lg Ks = −7,4 ) [ 16] , där dipy är 2,2'-dipyridyl, en är etylendiamin .
Ligandsubstitutionsreaktioner är de viktigaste i kemin av guld(III) och guld(I). Enligt den vanliga klassificeringen är guld(III) en typisk metall av klass B. I alla omvandlingar i lösning finns den endast i form av komplexa former med koordinationstalet 4 i de allra flesta fall. Jämfört med guld(I)-komplex är graden av substitutions(utbytes)processer för ligander vanligtvis låga. Till skillnad från de flesta joner av andra metaller, för guld(III) att erhålla en vattenjon [Au(H 2 O)
fyra] 3+ är nästan omöjligt. För det första är det en stark syra och dissocierar fullständigt, delar av protoner och förvandlas till blandade aquahydroxokomplex. Tydligen är komplexet [Au(OH) 2 ( H2O )
2] + , vars produktion också kräver speciella förhållanden och hög surhet. För det andra är vattenjonen ett starkt oxidationsmedel ( E0
3/0\u003d 1,58 V , uppskattning [4] ), och av denna anledning kan inte heller existera stabilt i en vattenlösning. Därför, för guld(III), antas "kloridnoll" för räkningen, när istället för den initiala vattenjonen, anjonen [AuCl
fyra] - . Följaktligen, istället för de vanliga formationsjämvikterna {{{1}}} , med konstanter β i = [MX i z−i ]/[M z+ ][X - ] i , används AuCl substitutionsjämvikter-
4+ i X − = AuX i Cl−
4 − i+ i Cl − , för vilken β i = [AuX i Cl−
4 − i][Cl- ] i / [AuCl−
4][X − ] i . Ur praktisk synvinkel innebär detta att det i alla beräkningar, förutom jämviktskoncentrationen av den inkommande liganden [X − ], även är nödvändigt att ta hänsyn till jämviktskoncentrationen för den substituerade liganden [Cl − ]. Alla sådana processer fortsätter stegvis. Substitutionsjämviktskonstanter för [ AuCl4 ] ges nedan
a) X - \u003d Br - : log β 1 \u003d 2,53 ; log p2 = 4,56 ; log P3 = 4,56 ; log β 4 = 7,74 (20 °C, jonstyrka I = 0,1 ) [4] .
b) X- = OH- : Igp1 = 7,84 [ 18 ] ; log p2 = 14,79 [18] ; log P3 = 20,92 [ 18] ; log β 4 \u003d 25,98 [18] (25 ° C, I \u003d 1. Under normala förhållanden kräver fullständig ersättning av Cl - med OH - med bildandet av [Au (OH) 4 ] - ungefär en dag.
c) X - \u003d SCN - : lg β 4 \u003d 18,3 [4] (25 ° С), komplexet [Au (SCN) 4 ] - är instabilt och går in i [Au (SCN) 2 ] - och (SCN ) ) 2 .
d) X \ u003d NH 3 : log β 1 \u003d 6,73 [19] (25 ° C, I \u003d 1 ); log β4 = 16,7 [20] (uppskattad, 25 °C, I = 1 ); log β4 = 34,2 [20] (25 °C, I = 10 ). Efter det första steget går utbytet extremt långsamt.
e) X \u003d py ( pyridin , C 5 H 5 N ) : log β 1 \u003d 3,3 [17] (25 ° C, I \u003d 1 ). Ytterligare substitution med bildning av [Au(py) 2Cl2 ] + kräver en mycket hög koncentration av pyridin.
e) X = dipy ( 2,2' -dipyridyl, (C5H4N ) 2 , bidentat ligand ) : Igp1 = 8,2 [17] (25°C, I = 1 ). [Au(dipy)Cl 2 ] + -komplexet kan bilda en fällning med [AuCl 4 ] - :
lgKs = −8,6 . _ Komplex med två dipyridylmolekyler har inte erhållits.g) X \u003d phen (1,10-fenantrolin, C 12 H 8 N 2 , bidentat ligand) : log β 1 \u003d 9,5 [17] (25 ° C, I \u003d 1). Komplex med två fenantrolinmolekyler har inte erhållits.
h) X \ u003d en ( etylendiamin , H2N - CH2 - CH2 - NH2 , bidentat ligand) : lg β 1 \ u003d 16,2; log β 2 = 27,7 (25 °C, I = 1 ) [19] .
i) X \u003d dien ( dietylentriamin , H2N- (CH2 ) 2 - NH- ( CH2 ) 2 - NH2 ), tridentat ligand : log β 1 \ u003d 22,7 (25 ° C, I \u003d 1 M ) [19] .
j) X \u003d OH - , H 2 O. Av stor betydelse är hydrolysen av [AuCl
fyra] - . Det förekommer sur och alkalisk hydrolys med bildning av AuCl 3 (H 2 O) respektive [AuCl 3 (OH)] - : [AuCl
fyra] - + H2O \ u003d AuCl3 ( H2O ) + Cl- , log K h1 \ u003d -5,1 ( 25 ° C, I \u003d 0 M ); [AuCl 4 ] - + H 2 O \u003d [AuCl 3 (OH)] - + H + + Cl - , log K h2 \u003d -5,86 (25 ° C, I \u003d 1 ) [4] [18] . Om en annan lösning än H[AuCl
fyra], inte dessutom innehåller en stark syra eller klorider, så redan vid C Au = 0,01 M är bidraget av hydrolyserade former ca 10 % och ökar med ytterligare utspädning. För att undertrycka hydrolys (minska bidraget från hydrolyserade former till under 1%) bör tillståndet [H + ][Cl − ] > 10 −4 bibehållas , till exempel genom att tillsätta saltsyra.
Guld(III)fluoridkomplex i lösning är okända. När den läggs till H[AuCl
fyra] AgF- lösning , såväl som AgNO 3 , guld(III)-oxiddihydrat Au 2 O 3 2H 2 O och AgCl- fällning .
Substitutionsprodukter Cl − i [AuCl
fyra] - för ligander - rester av karboxylsyror, inklusive flerbasiska syror, hittades inte i vattenlösningar. Istället sker en återhämtning. Substitution sker alltså fortfarande, men dess hastighet är mycket lägre än hastigheten för självläkning av det mellanliggande komplexet [21] .
I området med höga koncentrationer av saltsyra (> 2 mol/l) observeras förändringar i spektrumet av [AuCl
fyra] - , som tillskrivs bildandet av ett instabilt komplex [AuCl 5 ] 2- [13] i lösning .
Tetrakloroauratjon [AuCl
fyra] - är ett starkt oxidationsmedel, standardpotentialen är E0
3/0 = 1 000 V [4] ([AuCl
fyra] - + 3 e- = AuO + 4Cl- ) . Kan oxidera många ämnen, reducera till guld (I) eller guld (0). Många synteser av guld(I)-komplex är baserade på detta, speciellt med organiska ligander, när en del av liganden går åt till reduktion, och den inre sfären av guld(I)-komplexet bildas av en del av överskottet. Ett exempel är bildningen av guld(I)-komplex med tiokarbamid (tu, (NH 2 ) 2 CS):
där fds 2+ är formamidindisulfid ((NH 2 ) 2 CS)2+
2). Processer med I - fortsätt på liknande sätt ([AuI
2] - och I 2 ), SCN - ([Au(SCN) 2 ] - och (SCN) 2 ), SO2−3
_([Au(SO3 ) 3 ] 2- och SO2−4
_, komplexet är stabilt i ett neutralt eller alkaliskt medium), S 2 O2−3
_([Au(S 2 O 3 ) 2 ] 2- och S 4 O2−6
_), rester av vissa aminosyror ( cystein ), etc. Den kombinerade metoden används också ofta och återställer [AuCl 4 ] - till [AuCl 2 ] - med en stökiometrisk mängd sulfit
och snabbt införa den önskade liganden, som ersätter kloridjonerna i [ AuCl2 ] - . Med brist på en ligand kan även blandade guld(I)-komplex av [AuClX] -typ bildas .
För att återställa [AuCl 4 ] - till metalliskt guld i en sur miljö används järn (II), svaveldioxid eller sulfithaltiga läkemedel, organiska reduktionsmedel, hydrazin N 2 H 4 eller dess salter:
Sulfitreduktion är den vanligaste. Processen utförs vid rumstemperatur i ett starkt surt (pH < 1) medium, vilket förhindrar utfällning av hydroxider av andra metaller. Organiska reduktionsmedel, såsom oxalsyra eller myrsyra , formaldehyd , kräver långvarig (flera timmar) upphettning eller kokning av lösningen. Den utbredda reduktionen med hydrazin kräver ett pH > 3. Reduktion med metaller (järn, zink etc.) utförs vanligtvis när ytterligare utvinning av guld från lågkoncentrationslösningar krävs. I en neutral och alkalisk miljö är utbudet av reduktionsmedel, särskilt organiska, bredare, och processerna går snabbare.
Trots den höga potentialen är redoxprocesser som involverar H[AuCl 4 ] ofta långsamma under normala förhållanden och speciellt vid lågt pH. Sålunda är lösningar och extrakt av H[AuCl 4 ] i många organiska lösningsmedel (alkoholer, etrar och estrar, ketoner) ganska stabila, och uppkomsten av metalliskt guld observeras inte på flera månader.
För guld(III), och i synnerhet för [AuCl 4 ] - , är en viktig process disproportionering, som reglerar förhållandet mellan guldformer i olika oxidationstillstånd
lg K = −6,3 [4] .Den höga redoxpotentialen hos H[AuCl 4 ] möjliggör elektrokemisk raffinering av guld ( E. Wohlwill , 1874) - den process genom vilken huvudmängden guld med en renhet på cirka 99,99 % för närvarande erhålls. Under elektrolysen löses den "smutsiga" guldanoden och rent guld avsätts på katoden. Elektrolyten är en lösning av H[AuCl 4 ] i saltsyra. Vid en så hög potential hos katoden kan andra metaller, inklusive platina, inte fällas ut på den och förbli i lösning.
För att få kolloidala lösningar av guld(0) används olika reduktionsmedel - organiskt, natriumborhydrid , hydrazin. Beroende på partikelstorleken kan färgen på lösningarna vara rosa, blå, röd. Det mest populära reduktionsmedlet är citronsyra eller dess natriumsalt ( natriumcitrat ). Vanligtvis utförs processen genom upphettning till 100 °C, medeldiametern för de resulterande partiklarna är 20 nm . De resulterande kolloidala lösningarna är mycket stabila. Det är till exempel känt att de prover som M. Faraday erhöll varade i nästan hundra år tills de förstördes under bombningen under andra världskriget [22] .
ExtraktionsprocesserVåtextraktionsprocesser är mycket vanliga i praktiska tillämpningar av guldkemi. Används för extraktion, koncentration, rening, analytiska bestämningar.
Av största vikt är extraktion av H[AuCl 4 ] från saltsyramedier med syrehaltiga extraktionsmedel - alkoholer, ketoner och etrar och estrar. Extraktionen fortskrider enligt hydrat-solvat-mekanismen, huvudjämvikten med bildningen av ett solvat i den organiska fasen etableras snabbt och har formen
där S är extraktionsmedlet, h s och h w är solvat- och hydrattalen. Utöver den huvudsakliga implementeras andra processer. Koncentrationen av guld(III) i extrakt kan överstiga 1 mol/l, men dess återvinning observeras inte under lång tid. Fördelningskoefficienterna D = C Au org / C Au aq varierar över ett mycket brett intervall beroende på extraktionsmedlet [23] . Dessutom beror de på koncentrationen av saltsyra och guld(III). Men vid måttlig C HCl (till exempel 1 mol/l) överskrider de avsevärt fördelningskoefficienterna för de allra flesta andra metalljoner. Därför används sådana processer i stor utsträckning för att extrahera H[AuCl4 ] från flerkomponentlösningar för analys eller rening. I synnerhet används de för att erhålla särskilt högrent guld [24] [25] . De vanligaste extraktionsmedlen är dibutylkarbitol, metylisobutylketon, tributylfosfat, klorex (diklordietyleter). Extrakt är ofta elektriskt ledande.
Den anjonbytesextraktion som är vanlig för guld(I)cyanidkomplex med aminsalter eller kvartära ammoniumbaser för guld(III) är också möjlig.
där NR4X är PAO-saltet löst i ett organiskt lösningsmedel. Sådana processer används dock sällan och endast för låga koncentrationer av guld. Speciellt föreslogs extraktion i form av Bu 4 N[AuCl 4 ] i kloroform för extraktionsfotometrisk bestämning av guld [15] . I detta fall beror färgen på den organiska fasen på spektrumet av [AuCl 4 ] - .
AuCl-extraktion−
4i form av joner som associeras med färgämneskatjoner (R + ), särskilt trifenylmetan,
används i den analytiska kemin av guld för bestämning av små mängder. Till exempel kan du använda briljant grönt , kristallviolett, etc. [15] Färgen är inte särskilt stabil på grund av redoxprocesser. Toluen, xylen, estrar (butylacetat, isoamylacetat, etc.) kan användas som lösningsmedel.
Koordinationsextraktion av guld(III) med organiska sulfider i opolära eller lågpolära lösningsmedel (CCl 4 , toluen, heptan, bensen) används ganska ofta för extraktion och koncentrering .
.Trots behovet av ligandsubstitution är processens hastighet ganska hög, och jämvikt uppnås på cirka 10 minuter. Extraktion är kvantitativ. Till exempel för dioktylsulfid i toluen lg K ex = 4,9 [26] . Vidare, i den organiska fasen, reduceras guld(III) till guld(I) av ett överskott av sulfid
med omvandling av en del av extraktionsmedlet till sulfoxid.