Hydrochloric acid and Ukrainian 5 hryvnias coin. Соляная кислота и украинская монета 5 гривен

Ukrainian coin of 5 hryvnias, hydrochloric acid and nitric acid - pt.7 / Украинская монета 5 гривен, соляная кислота и азотная кислота

Краткий итог прошлых экспериментов с монетой 5 гривен и концентрированными кислотами. Первая монета долгое время (> 3 недель) пробыла в соляной кислоте - частично растворилась лишь поверхность, потом монета была помещена в азотную кислоту - сразу произошла бурная реакция, монета быстро растворилась.

Вторую монету поместил в концентрированную азотную кислоту - около получаса наблюдалась медленная реакция (примерно, как с концентрированной соляной кислотой), зато при последующем добавлении соляной кислоты (к азотной) - произошла бурная реакция, монета быстро растворилась. Во время растворения я заметил, что под внешним серебристым слоем расположены медно-красный и черный материалы. Все происходило быстро и в бурлящей реакционной смеси, поэтому рассмотреть изменения было сложно. Плюс необходимо проверить, проявляет ли материал матрицы магнитные (феромагнитные) свойства или к магниту притягивается только внешнее никелевое покрытие (монета 5 гривен)?

Т.е., задача - проследить за стадиями растворения монеты и проверить монету неодимовым магнитом после того, как будет растворено внешнее покрытие.

План был такой. Смешать в стакане концентрированную азотную и концентрированную соляную кислоту, но монету в эту смесь не опускать свободно, а держать ее пинцетом (зажимом или т.п.), чтобы можно было в нужный момент вынуть монету из кислоты и поместить в стакан с водой, - остановив таким образом растворение. Потом монету вытереть, сфотографировать, проверить действие магнита. Дальше - монету снова опустить в кислоту. И так - несколько раз, фиксируя разные стадии растворения. Разумеется, пинцет (зажим или т.п.) должен быть из пластика или из другого устойчивого к кислотам материала, поскольку смесь концентрированных соляной и азотной кислот растворяет даже золото платину.

Коллега нашел пластиковый инструмент, которым пользуются лоры (для осмотра носа), я обрезал его крайнюю часть, чтобы уменьшить рычаг и монета держалась прочнее. Условно назовем этот инструмент "зажим". Поставил два стакана, в один налил 15 мл HNO₃ и 10 мл HCl (концентрированные), во второй налил воду. В стакан с кислотами опустил монету, закрепленную в зажиме. Я ожидал короткого индукционного периода, потом - бурной реакции.

В действительности все оказалось по-другому. При смешивании кислот раствор вскоре стал желтоватым, со временем желтый цвет углублялся, появился запах хлора. На видео заметно, что с поверхности монеты почти сразу началось несильное выделение газа, вживую я этого сначала не увидел, зато - услышал: характерный шипящий звук пузырьков. Выделение газа постепенно усиливалось - теперь я увидел его и на мониторчике камеры. Я ожидал, что вот-вот покрытие монеты проест, и начнется бурная реакция с более активной матрицей (основной). Но время шло, выделение газа плавно нарастало, а бурная реакция все не начиналась. Я снимал видео с короткими перерывами, даже в перерывах - постоянно держал камеру включенной и настроенной для немедленной съемки, т.к. ожидал, что в любой момент может начаться обвальное растворение. Однако, - ничего. Скорость выделения газа плавно нарастала. В перерывах между видео сделал несколько снимков, потом увеличил фотографии на экране и убедился, что покрытие монеты целое и внешне - без особых изменений. Дело было на кухне, поэтому решил даже перекусить: раз патологоанатомы обедают рядом с трупами, то почему химику нельзя пообедать рядом со стаканом с царской водкой? [1]

Реакция тем временем стала ускоряться все более быстрыми темпами. Понял, что скоро начнется активное растворение, которого я жду уже минут 40. И оно началось: выделение газа резко активизировалось, в центральной части монеты под покрытием стал проступать черный, а потом и красный слой. Вынул монету, поместил ее в воду. Поперек монеты образовалась красная полоска: явно это - медь, слой которой расположен под слоем никеля. Первоначально я планировал снять монету с зажима, вытереть и как следует сфотографировать, но передумал: сделал несколько кадров, не вынимая монету из воды, а потом - снова погрузил ее в кислоту.

Активное выделение газа, раствор - интенсивно-желтый. Красное покрытие проступает все больше. Вынул монету, поместил ее в воду. К этому времени большая часть монеты стала красной, а в некоторых местах медное покрытие проело до матрицы: поверхность в этих местах была черной, с язвами. Я не сомневался, что сама матрица (основа) монеты реагирует с азотной кислотой (и со смесью соляной и азотной кислот, как в нашем случае) очень бурно: гораздо активнее, чем внешний слой никеля и промежуточный слой меди. Следующее растворение - медное покрытие сошло с больше площади, по центру - черная поверхность с язвами. Следующее растворение - процесс пошел очень бурно с активным "кипением" и массой бурого дыма - матрица продолжила активно растворяться. Следующий раз - подержал монету в кислоте подольше, опуская и приподнимая, чтобы кислоты не выплеснулись из стакана. В этот раз дело дошло до сквозных дырок по центру, хотя на периферии часть медного покрытия еще осталась.

Пока еще было что - проверил действие на монету неодимового магнита. Результат - не притягивается. Таким образом, матрица монеты не проявляет ферромагнитных свойств.

Раз так - нечего с монетой церемонится. Опустил ее в кислоту окончательно. Бурная реакция, пена, бурый дым. От монеты остался только голубовато-зеленый раствор.

__________________________________________________
¹ Классическая царская водка - смесь концентрированных соляной и азотной кислот в объемном соотношении 3 : 1, но не будем придираться к словам.

Determination of copper (Ukrainian 5 hryvnias coin) - pt.8 / Определение меди (украинская монета 5 гривен)

Для обнаружения меди я взял жидкий образец, который образовался после полного растворения монеты 5 гривен в смеси азотной и соляной кислоты (см. ч.7). В процессе ступенчатого растворения монеты обнажилась поверхность красного медного покрытия, которое потом растворилось в смеси азотной и соляной кислот. Т.е., было четко видно, что медь в составе монеты есть, но это в древнеиндийских манускриптах в качестве доказательства писали волшебное слово:

"СМОТРИ!",

а для химического анализа нужно представить более убедительные доказательства, а именно - провести качественную реакцию. Т.е., характерную реакцию, в которую вступает только определяемое вещество и не вступают другие соединения, которые могут быть в анализируемом образце (как вариант - другие вещества также вступают в эту (или параллельную) реакцию, но с другим результатом: образование/отсутствие осадка, выделение газа, изменение цвета, появление характерного запаха и т.п.)

В нашем случае в растворе точно есть никель (это мы уже установили качественной реакцией с другой монетой 5 гривен [2]); согласно данным сайта Национального банка монета сделана из цинкового сплава с гальваническим покрытием, значит, в анализируемом растворе есть цинк. Таким, образом, нам необходимо определить медь в присутствии никеля, цинка и, возможно, других металлов. Ах да, набор реактивов и оборудования ограничен, поэтому придется обойтись подручными средствами.

Решил поступить так же, как уже делал с монетой 10 копеек (точнее, с раствором, который образовался при действии на монету смеси уксусной кислоты и перекиси [3]): добавить в кислый анализируемый раствор гранулы цинка и наблюдать образование красно-коричневых хлопьев металлической меди.

В стакан налил немного анализируемого раствора, добавил трехкратный объем дистиллированной воды, потом - гранулы цинка. Началось слабое выделение газа, на поверхности гранул образовался темно-серый рыхлый налет губчатого металла. Это может быть, как медь, так и никель (или их смесь). Теоретически никель не должен выделяться на поверхности цинка в кислой среде, поскольку перед никелем должен выделиться водород, но на практике - одно другому не мешает: если концентрация ионов водорода недостаточна, возможно одновременное выделение и металлического никеля - Ni, и водорода - H₂.

Наблюдая слабую реакцию с выделением водорода, я пожалел, что разбавил исследуемый раствор водой (опасаясь, что реакция кислот с цинком будет слишком бурной). Чуть позже стало заметно, что металлическая губка приобрела коричневый оттенок - значит, медь.

Чтобы результат был однозначным, добавил в раствор концентрированную соляную кислоту по каплям. Выделение газа активизировалось (кроме водорода выделялись и оксиды азота, а также, вероятно, - и другие продукты восставновления азотной кислоты), раствор в месте попадания капель стал желтым (хлоридные комплексы металлов образовались в месте избытка соляной кислоты). В результате большая часть налета на гранулах цинка (металлическая губка)... исчезла. Частично, налет, по-видимому, механически сорвали пузырьки водорода, а частично он растворился в смеси кислот: азотной и соляной. В слабокислой среде анион нитрата также проявляет окислительные свойства, но не особо сильные, доказательство: медь и, возможно, никель, которые выделились из раствора (на гранулах цинка) в присутствии нитрата. В сильнокислой среде окислительные свойства нитрата проявляются гораздо сильнее, наглядная иллюстрация - растворение многих металлов, в частности, - меди и никеля в азотной кислоте. Поэтому при добавлении соляной кислоты в раствор, содержащий нитраты, раствориться могли и медь, и никель (металлы).

Какой смысл тогда было добавлять соляную кислоту? Чтобы отличить медь от никеля: в избытке соляной кислоты и металлического цинка азотная кислота постепенно восстановится. Азотную кислоту необходимо было убрать, чтобы она не мешала осаждению меди - для этого и нужен избыток соляной кислоты. В стакане останутся: соляная кислота, цинк (гранулы на дне), а также - катионы меди, никеля и цинка. В таких условиях медь будет осаждаться в виде металла, никель - нет (если никель и выпадет, он должен раствориться в соляной кислоте).

Небольшими порциями продолжил добавлять концентрированную соляную кислоту, что активизировало реакцию.

В результате в стакане образовалась коричнево-красная губка меди - ее ни с чем не спутаешь. Никель, цинк или другие металлы такой губки не дают.

Медь обнаружена.

Количество губки со временем росло. В струях пузырьков газа она напоминала водоросли. К этому моменту запах азотной кислоты в газах, отходящих из стакана, давно исчез (нюхать раствор не советую: пары и аэрозоль соляной и азотной кислот не очень полезны для здоровья и могут помешать Вашей долгой и счастливой жизни).

Оставил стакан на ночь. Утром выделение газа продолжалось - очень слабое. Губчатая медь осталась, раствор был голубой. Дополнительно выпал белый осадок (вероятно, - хлорид цинка).

__________________________________________________
² См. Determination of nickel (Ukrainian 5 hryvnias coin) - p.2 / Определение никеля (украинская монета 5 гривен) [ссылка].

³ См. Brass (Ukrainian coin), acetic acid and hydrogen peroxide. Латунь (украинская монета), уксусная кислота и перекись водорода [ссылка].