왕수

왕수(王水)는 진한 염산과 진한 질산을 3: 1의 비율로 혼합한 용액을 말한다. 라틴어로 aqua regia라고 하는데 aqua는 '물'이라는 뜻이고 regia는 '왕'이라는 뜻이다. 영어로는 'royal water' 또는 'king's water'라고 한다. 연금술이 많이 시행되던 시대에 연금술사들에 의해 발견되어, 금이나 백금과 같은 귀금속을 녹일 수 있다는 점 때문에 이런 이름이 붙여졌다.

금을 녹이는 왕수 ()

목차

왕수는 페르시아의 유명한 연금술사였던 무하마드 자카리아 알-라지(Muhammad ibn Zakariya al-Razi: 854-925)의 저술에 처음으로 언급되었고, 이후 13세기 말에서 14세기 초에 저술된 것으로 추정되는 가짜-게베르(pseudo-Geber) 전집에도 기술되어 있다 [게베르(Gerber)는 7~8세기에 활동했던 이슬람의 저명한 학자이자 연금술사이기도 했던 자비르 이븐 하이얀(Jābir ibn Hayyān: 721~815년)의 유럽식 라틴 이름 또는 그의 저술을 말하는데, 14세기에 그의 이름을 빙자한 가짜-게베르가 활동하였고, 그가 쓴 전집을 가짜-게베르(pseudo-Geber) 전집이라고 한다]

이후 1599년에 처음 출판된 '바실 발렌타인의 12개 열쇠'라는 연금술 책에도 왕수를 상징하는 그림이 묘사되어 있다.¹⁾

금이나 백금과 같은 귀금속의 산화 경향은 수소의 산화 경향보다 훨씬 낮다. 따라서 아연이나 철과 달리, 금이나 백금은 일반적인 산 용액에 넣어도 수소를 발생시키면서 녹지 않는다. 그러나 이들 귀금속이 왕수에 녹아드는 이유는 질산의 산화력 때문이다. 질산(HNO₃)의 질소는 산화수가 +5로 질소가 가질 수 있는 최대의 산화수이다. 따라서 질산은 다른 물질을 산화시키려는 산화력도 매우 큰데, 산의 농도가 클수록 그 영향력이 커진다.

왕수는 다른 산으로 잘 녹일 수 없는 금속인 금이나 백금을 녹이는데 많이 사용된다.

금은 진한 염산이나 진한 질산과는 반응하지 않지만, 이 두 산의 특정 혼합물인 왕수와는 아래와 같은 반응을 통해 녹아들어간다. 질산은 고체 금속 상태의 금을 아주 소량 산화시켜 Au³⁺이온 상태를 만들고 염산이 제공하는 Cl^- 이온이 Au³⁺과 착물을 형성하여 사염화 금 이온([AuCl₄]^-) 형태로 녹아들어가게 된다. 이때 평형이 오른쪽으로 치우쳐 있어, 왕수에서는 금이 연속적으로 산화되면서 녹아들어간다.

@@NAMATH_DISPLAY@@\ce{ Au + 3HNO3 + 4HCl <=>> [AuCl4]- + 3NO2 + H3O+ + 2H2O }@@NAMATH_DISPLAY@@

@@NAMATH_DISPLAY@@\ce{ Au + HNO3 + 4HCl <=>> [AuCl4]- + NO + H3O+ + H2O }@@NAMATH_DISPLAY@@

백금이 왕수에 녹을 때 일어나는 반응식은 아래와 같다. 이때 왕수의 온도가 높을수록 빨리 녹아들어가는데, 끓는 왕수에서 녹는 속도가 가장 빠르다.

@@NAMATH_DISPLAY@@\ce{ Pt + 2HNO3 + 8HCl -> H2PtCl6 + 2NOCl + 4H2O }@@NAMATH_DISPLAY@@

은은 뜨거운 진한 황산에도 녹지만, 왕수에는 훨씬 더 격렬하게 반응한다. 그러나 표면에 염화은(AgCl)이 형성되면 녹는 속도가 줄어든다.

@@NAMATH_DISPLAY@@\ce{ 2Ag + 3HCl + HNO3 -> 2AgCl + 2H2O + NOCl }@@NAMATH_DISPLAY@@

왕수는 시간이 지남에 따라 스스로 아래와 같은 반응을 일으키면서 분해되어 점점 반응성이 떨어지게 된다. 따라서 왕수의 뛰어난 반응성을 이용하려면 사용하기 직전에 만들어서 쓰는 것이 좋다.

@@NAMATH_DISPLAY@@\ce{ HNO3(aq) + 3 HCl(aq) -> NOCl(g) + Cl2(g) + 2H2O(l) }@@NAMATH_DISPLAY@@

염화 일산화질소(nitrosyl chloride: NOCl)는 불안정해서 쉽게 일산화 질소와 염소로 분해되고, 일산화 질소(NO)는 공기 중의 산소와 반응해서 이산화 질소(NO₂)로 쉽게 산화되므로, 왕수에서 나오는 가스는 NOCl, NO, Cl₂, NO₂ 등으로 다양하다.

@@NAMATH_DISPLAY@@\ce{ 2NOCl(g) -> 2NO(g) + Cl2(g) }@@NAMATH_DISPLAY@@

@@NAMATH_DISPLAY@@\ce{ 2NO(g) + O2(g) -> 2NO2(g) }@@NAMATH_DISPLAY@@

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