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| 황산과 수산화 나트륨 정리 |
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| 글쓴이 : 운영자 고유ID : 운영자
날짜 : 00-00-00 00:00
조회 : 21633
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황산과 수산화 나트륨 정리
1. 황산 黃酸 (sulfuric acid)
화학식 : H2SO4
분자량 : 98
비 중 : 1.834 (98% H2SO4)
녹는점 : 10.49 ℃
끓는점 : 317 ℃
[특성]
화학식 H₂SO₄인 물질, 또는 그 수용액으로 후자를 말하는 경우가 많다.
전자에 삼산화황 SO3을 녹인 것은 발연성(發煙性)이 있어 발연황산이라
한다. 또 수용액의 경우는 정확한 구별이 있는 것은 아니지만 90% 이상이
진한 황산이다. 시판되는 진한 황산은 보통 농도가 96%, 비중 1.84, 36N
(노르말)이다.
[성질]
순수한 황산은 무색으로 점성(粘性)이 있는 기름 같은 액체이다. 겨울철
에는 결정화한다. 녹는점 10.4℃, 비중 l.84(15℃)이다. 많은 무기물
및 유기물을 녹이며, 가열하면 290℃에서 분해하기 시작하여 삼산화황을
발생한다. 317℃에서 끓기 시작하여 공비혼합물(98.54% 수용액)이 된다.
순황산(100% 황산) 및 진한 황산은 물과의 친화력(親和力)이 강하여 혼합
하면 강하게 발열한다. 또 물과 강하게 결합할 뿐만 아니라 강력한 탈수
작용이 있어, 다른 여러 가지 화합물로부터 산소와 수소를 빼앗기 때문에
각종 건조제·탈수제로 사용되며, 설탕이나 섬유 등에 황산을 작용시키면
탈수되어 탄소가 유리된다. 진한 황산에 삼산화황을 녹인 발연황산은
탈수작용이나 산화작용이 휠씬 강하다.
진한 황산은 저온에서는 산화작용이 강하지 않지만 가열하면 강한 산화
작용을 나타낸다. 황산수용액, 즉 보통 말하는 황산은 무색의 용액으로
강한 이염기산이다. 해리도(解離度)는 1 N에서 51%, 0.1 N에서 59%,
묽은 용액에서는 H2SO4 ↔ H+＋HSO4- 으로 해리가 완전히 이루어진다.
HSO4- ↔ H+＋SO42- 의 이온화상수는 ［H+］［HSO4-］/［H2SO4］
= 0.02(18℃) 이다. 아연·철·마그네슘·알루미늄 등의 각종 금속은
묽은 황산에 녹아서 수소를 발생하고 황산염을 만든다. 진한 황산은
낮은 온도에서는 이들 금속과 반응하지 않지만 가열하면 이산화황을
발생하고 황산염을 만든다. 또한 각종 유기화합물, 특히 방향족 화합물과
반응하여 술폰산을 만든다. 황산이온의 존재는 염화바륨을 가할 때 흰
앙금이 생기므로 검출할 수 있다.
일반적으로 접촉식으로 만든 것은 98% 이상으로 농도가 높고 무색인 것이
얻어지지만, 탑산(塔酸) 등에서는 셀렌·유기물 등으로 인해서 붉은 보라색
또는 흑갈색을 띠며, 농도는 57∼59°B暴(보메도)로 상당히 묽다. 이들
묽은 황산은 운반이나 부식 등의 이유 때문에 65 °B暴까지 농축시켜
과인산석회나 황산암모늄의 제조나 철의 녹 제거 등에 사용된다.
[제조·정제법]
황 또는 황화석(黃化石), 보통 황화철(黃化鐵)을 배소(焙燒)하여
이산화황을 만들고, 이것을 산화시키고 물에 흡수시켜서 제조한다.
이 밖에 각종 광석제련소에서 황화광석을 처리할 때의 폐가스 ·석유
분해가스 ·석탄가스 등으로부터 얻는 이산화황을 이용하는 경우도
있다.
이산화황을 산화하는 방식에 따라 질산식과 접촉식의 두 가지가 사용
된다. 질산식에서는 산화질소를 사용하여 SO2＋H2O＋N2O3 → H2SO4
＋2NO 4NO＋O2 → 2N2O3 와 같은 주반응에 의해서 제조하지만, 접촉식
에서는 촉매(대부분 산화바나듐 V2O5계 촉매)를 사용하여 2SO2＋O2 →
2SO3 SO3＋H2O → H2SO4 와 같은 반응에 의해서 제조한다. 질산식에서는
그 메커니즘에 따라 연실식(鉛室式)과 강력식(强力式:탑식·반탑식)의 2종이
있고, 연실식에서 얻은 황산을 연실황산, 질산식 제조장치의 탈질탑(脫窒塔)
으로부터 얻은 황산을 탑산 또는 글러버산이라고 한다.
또, 질산식으로 제조한 것은 비교적 농도가 낮아 박황(薄黃)으로 불리기도
한다. 접촉식은 ［그림］과 같은 공정으로 제조되는데 촉매에는, 예를 들면
산화바나듐 V2O5 7%, 산화칼륨 5∼14%, 이산화규소 60∼80%, 산화철
0∼5%의 성분을 가진 것을사용하고 보통 이것을 지름 수 mm, 길이 1cm
정도의 원통형으로 성형하여 컨버터에 충전한다. 이 속을 7% 정도 농도의
이산화황과 공기의 혼합물을 통과시켜 삼산화황 SO3으로 만들고 이것을
진한 황산에 흡수시켜 98% 황산 또는 발연황산으로 만든다.
접촉식으로 만든 황산을 접촉황산이라고 하는 경우도 있다. 접촉황산은
순도와 농도가 높고 발연황산까지 만들 수 있는 특성을 지닌다. 발연황산
또는 100% 황산은 적당히 묽게 하여 필요로 하는 임의의 농도를 만들 수
있다. 접촉식에서는 촉매독을 제거하기 위해서 원료인 이산화황을 각종
공정을 거쳐 정제하기 때문에 비교적 순도가 높은 것을 얻을 수 있다.
이에 비해서 질산식인 경우는 일반적으로 원료로부터 혼입되는 각종
불순물이 존재하기 때문에 약품처리·농축·증류 등으로 정제황산을 만든다.
최근에는 대부분 접촉식에 의한 순수한 원료가스를 사용하고, 좋은 질의
내산자기제(耐酸磁器製) 흡수탑·냉각기·펌프 등을 사용하여 증류수를 써서
제조한다. 보통은 진한 황산을 증류하고 발생하는 삼산화황을 물에 녹여서
황산으로 만든다.
[용도]
화학공업에서 기초원료로 가장 중요한 것 중의 하나이다. 금속제련 ·제강
·방직 ·제지 ·식품 등의 각종 공업에 광범위하게 사용되고 있으며, 이
밖에 실험실용 시약 ·의약품으로서의 용도도 많다.
예를 들면, 제조화학에서는 황산암모늄 ·과인산석회 ·망초(芒硝) ·
황산칼륨 ·석고 ·술폰산 또는 그 염, 이 밖에 질산 ·염산 ·인산 ·
아세트산 ·크롬산 등과 같은 각종 산, 인산암모늄 ·황화수소 ·염소 ·
인조섬유 ·합성섬유 ·염료 ·산화티탄 리토폰 ·페놀 등의 제조에 사용된다.
촉매로 사용되는 경우도 있고, 아세트산 ·아세트산셀룰로오스, 각종
에스테르의 제조, 석유의 분해 등에도 사용된다.
니트로벤젠 ·니트로글리세롤 ·니트로셀룰로오스 등의 제조에는 니트로화
시약으로 진한 황산이 조제(助劑)로 필요하며, 알데히드 ·숙신산 ·옥시산,
케톤 등에서는 산화조제(酸化助劑), 아연 ·철 ·알루미늄 ·나트륨 등에
의해서 각종 유기화합물을 만들 때에는 환원조제(還元助劑)로 사용된다.
또 철강 ·황동 ·청동 ·구리 ·은 등의 녹 제거나, 석유 ·유지 ·그리스 ·
타르 ·지방산 등의 세정에 다량으로 사용된다. 이 밖에 녹말 ·목재의
당화(糖化)나 방부제 ·제초제 ·살균제 ·살충제 ·매염제(媒染劑) ·축전지 ·
피혁의 탈모제로도 쓴다.
2. 수산화나트륨 水酸化- (sodium hydroxide)
화학식 : NaOH
분자량 : 40
비 중 : 1.518
녹는점 : 12~15 ℃
끓는점 : 142~148 ℃
점 도 : 35 cps at 30℃
나트륨의 수산화물. 부식성이 강하므로 가성(苛性)소다라고도 한다. 화학식
NaOH. 영국에서 무수탄산나트륨(소다회)과 수산화칼슘(소석회)을 반응시켜
처음으로 수산화나트륨을 공업 생산하는 데 성공한 것으로 알려져 있다.
처음에는 르블랑법으로 얻은 탄산나트륨을 원료로 썼기 때문에 질이 좋지
못하였으나, 그 후 암모니아-소다법이 완성되어 질이 좋은 수산화나트륨을
얻을 수 있게 되었다. 뒤이어 1900년경 염소(鹽素)를 부생(副生)하는
식염수(食鹽水)의 전기분해에 의한 방법이 완성되어, 염소의 수요 증가와
더불어 이 방법이 채택되면서부터(1968년쯤부터) 암모니아-소다법에 의한
생산은 중지되었다. 제품으로서 시판되고 있는 것에는 융해시킨 다음,
드럼통에 붓고 고체화시킨 것과 조각이나 막대 모양 또는 반구형(半球形)의
정제(錠劑)로 만든 것 등이 있다.
[성질]
순수한 것은 무색의 투명한 결정이지만, 보통은 약간 불투명한 흰색 고체이며,
탄산나트륨 등의 불순물을 함유하고 있다. 상온에서는 사방정계(斜方晶系)이다.
완전히 탈수시킨 수산화나트륨의 녹는점은 328℃ 이지만, 보통은 약간의
수분이 들어 있어 318.4℃이다. 끓는점 1,390℃, 비중 2.13이다.
조해성(潮解性)이 강하여 공기 중에 방치하면 습기와 이산화탄소를 흡수하여
탄산나트륨이 되어, 그 결정을 석출한다. 물에 잘 녹으며, 그때 다량의 열을
발생한다. 수용액은 강한 알칼리성이며, 용해도는 물 100g에 대하여 0℃에서
42g, 100℃에서 347g이다. 알코올이나 글리세롤에는 잘녹지만, 에테르나
아세톤에는 녹지 않는다. 강하게 가열해도 산화물과 물로 분해하지 않지만,
쉽게 융해하여 금·백금·규산 등을 침식하므로, 융해 수산화나트륨은 은·니켈
등의 용기를 써서 취급해야 한다. 수산화나트륨의 이러한 성질을 이용한
알칼리융해법은 보통 방법으로는 잘 반응하지 않는 암석을 처리하는 데 이용
된다. 또 탄소와 반응하여 포름산나트륨 HCOONa가 되고, 유지(油脂)를
비누화하여 비누와 글리세롤을 만든다. 또한 단백질이나 셀룰로오스 등의
유기물을 분해하는 작용이 강하다.
[제조법]
탄산나트륨의 가성화법과 염화나트륨 전해법이 있다.
⑴ 탄산나트륨의 가성화법:암모니아소다법을 써서 얻은 조중조
(粗탄산수소나트륨) 수용액에 이산화탄소를 불어넣어 탄산나트륨 원액을
만든 다음, 석회유(石灰乳) Ca(OH)2를 첨가하여 침전을 걸러낸 후에 수산화
나트륨을 얻는다. Na2CO3+Ca(OH)2 -2j 2NaOH+CaCO3 이때의 가성화율은
보통 90% 정도이다. 가성화 반응 후의 액체 속에는 수산화나트륨이 10% 정도
포함되어 있으므로 이 액체를 증발시켜 50% 정도로 농축하여 액체 수산화
나트륨을 얻는다. 이것을 다시 농축하여 고형(固形) 수산화나트륨으로 만든다.
⑵ 전해법:격막법과 수은법의 2가지 방법이 있다.
① 격막법:흑연판을 양극으로 철망을 음극으로 하고, 그 사이에 석면으로 만든
격막을 두어 전기분해한다. 그러면 양극실에는 염소가, 음극실에는 수소와
수산화나트륨이 생긴다.
② 수은법:흑연판을 양극으로, 수은을 음극으로 하여 전기분해하면, 양극실에는
염소가, 음극실에는 생성된 금속나트륨이 수은에 녹아 아말감이 된다. 이 나트륨
아말감을 해홍조(解汞槽)에 넣어 물과 반응시켜 수산화나트륨을 얻는다. 전해
전압은 최저 수은법에서 약 3.1∼3.2V, 격막법에서는 약 2.2∼2.3V이다.
격막법은 수은법에 비하여 증발비(蒸發費)가 비싸고 제품의 순도가 떨어지는
등의 결점이 있으며, 수은법은 전력비가 비싸고 값비싼 수은을 써야 한다는
결점이 있다.
[용도]
황산과 더불어 화학공업의 전분야에 걸쳐 널리 사용된다. 가장 큰 용도는
인조섬유공업 및 화학약품공업이지만, 그 밖에도 석유정제공업·펄프공업·방직
공업·고무공업 등에 광범위하게 사용된다.
[주의]
극약으로 진한 수용액 또는 고체가 피부에 닿았을 때는 물로 잘 씻은 다음,
황산마그네슘의 희석 수용액으로 씻으면 된다. 눈에 들어갔을 때는 가능한
한 많은 물과 붕산수로 잘 씻어야 한다. 또 잘못하여 마셨을 때는 식초나
레몬즙을 섞은 물을 많이 마시거나, 우유·달걀 흰자위 등을 먹으면 좋다.
* 수산화나트륨(가성소다) NaOH ·수산화칼륨(가성칼리) KOH 등을 가성
알칼리라 한다. 가성이란 부식성(腐蝕性)을 뜻한다.
3. 강산과 강염기
강산
물에 녹였을 때 거의 완전히 이온화되는 산.
강산(强酸)이라고도 한다. 염산과 질산은 강한 산이며, 황산과 과염소산은
묽은 용액일 때만 강한 산이 된다. 이에 대하여 아세트산처럼 수용액 속에서
이온화 정도가 작은 것을 약한 산이라 한다. 강한 산과 강한 염기로 된 염(鹽)은
가수분해되지 않지만, 강한 산과 약한 염기로 된 염은 가수분해되어 산성을 띤다.
강염기
물에 녹였을 때 거의 완전히 이온화(化)되는 염기.
강염기(强鹽基)라고도 한다. 수산화칼륨 ·수산화나트륨 등은 강한 염기이다.
이에 대하여 암모니아 등과 같이 수용액 속에서의 이온화가 충분하지 않은 것을
약한 염기라 한다. 강한 염기와 약한 산의 염은 가수분해되어 알칼리성이 된다.
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