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스터디 | study

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> 황산과 수산화 나트륨 정리
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> 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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