황산칼슘

Calcium sulfate
황산칼슘
Calcium sulphate anhydrous
Calcium sulfate hemihydrate
이름
기타 이름
식별자
  • 7778-18-9 checkY
  • (헤미하이드레이트): 10034-76-1 checkY
  • (디하이드레이트): 10101-41-4 checkY
3D 모델(JSmol)
체비
켐벨
켐스파이더
드러그뱅크
ECHA InfoCard 100.029.000 Edit this at Wikidata
EC 번호
  • 231-900-3
E 넘버 E516(acidity regulator, ...)
7487
케그
펍켐 CID
  • (디하이드레이트): 24928
RTECS 번호
  • WS6920000
  • (디하이드레이트): MG2360000
유니
  • InChi=1S/Ca.H2O4S/c;1-5(2,3)4/h;(H2,1,2,3,4)/q+2;/p-2 checkY
    키: OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L checkY
  • InChi=1/Ca.H2O4S/c;1-5(2,3)4/h;(H2,1,2,3,4)/q+2;/p-2
    키: OSGAYBCDTDRGGGQ-NUQVWONBAU
  • [Ca+2][O-]S([O-])] }.=O
특성.
CaSO4
어금질량 136.14 g/㎥(무수)
145.15 g/mi(hemihydrate)
172.1987 g/dihydrate (다이수화물)
외관 백색 고체
냄새 무취의
밀도 2.96 g/cm3(무수)
2.32 g/cm3(수화물)
녹는점 1,460 °C(2,660 °F, 1,730 K) (무수)
0.26 g/100ml 25°C(다이수화물)[1]에서
4.93 × 10−5 molL2−2 (무수)
3.14 × 10−5 (수화물)
[2]
글리세롤의 용해성 약간 용해성(이수화물)
산도(pKa) 10.4 (무수)
7.3(수화물)
자기 감수성(magnetic susibility)
 -49.7·10cm−63/190cm
구조
정형외과적
열화학
107 J·몰·K−1−1
-1433 kJ/mol[3]
위험
안전자료표 참고 항목: 데이터 페이지
ICSC 1589
NFPA 704(화재 다이아몬드)
1
0
0
플래시포인트 불연성
NIOSH(미국 건강 노출 제한):
PEL(허용)
 TWA 15 mg/m3 (총량) TWA 5 mg3/m (resp) [무수 형태 전용][4]
REL(권장)
 TWA 10mg/m3 (총량) TWA 5mg/m3 (resp)[4] [무수 전용]
IDLH(즉시 위험)
 N.D.[4]
관련 화합물
기타 양이온
 황산마그네슘
황산 스트론튬
황산바륨
관련 건조제
 염화칼슘
황산마그네슘
관련 화합물
 파리의 회반죽
석고
부가자료페이지
굴절률(n),
유전 상수(상수r) 등
열역학
자료
 위상 거동
고체-기체-가스
UV, IR, NMR, MS
달리 명시된 경우를 제외하고, 표준 상태(25°C [77°F], 100 kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공된다.
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Infobox 참조 자료

황산칼슘(또는 황산칼슘)은 CaSO4 공식과 관련 하이드레이트를 가진 무기 화합물이다. 무수(無水)의 형태로, 건조제로 쓰인다. 어떤 특정한 하이드레이트는 파리의 석고로 더 잘 알려져 있고, 또 다른 하이드레이트는 광물 석고로 자연적으로 발생한다. 그것은 산업에서 많은 용도를 가지고 있다. 모든 형태는 물에 잘 녹지 않는 흰색 고형분이다.[5] 황산칼슘은 물에 영구적인 경도를 일으킨다.

수화 상태 및 결정 구조

이 화합물은 다른 결정학적 구조와 자연에서 다른 미네랄에 해당하는 세 가지 수준의 수화물로 존재한다.

  • CaSO4(무수): 무수 상태.[6]
  • CaSO4 · 2 HO2(흡착제 및 셀레나이트(미네랄): 디하이드레이트.[7]
  • CaSO4 · ½ HO2(바사나이트): 파리의 석고라고도 알려진 헤미하이드레이트. 특정 헤미수화물(α-헤미하이드레이트)과 β-헤미하이드레이트(β-헤미하이드레이트)[8]가 구별되는 경우도 있다.

사용하다

황산칼슘의 주된 용도는 파리와 석고 등을 생산하는 것이다. 이러한 애플리케이션은 분말되고 석회화된 황산칼슘이 수화 시 곰팡이성 페이스트를 형성하고 황산칼슘이 결정적으로 굳어진다는 사실을 악용한다. 황산칼슘이 물에 잘 녹지 않아 고체화 후 물과 접촉해 쉽게 용해되지 않는 것도 편리하다.

수화 및 탈수 반응

석고는 현명하게 가열하면 파리의 바사나이트 또는 석고라고 불리는 부분적으로 탈수된 광물로 전환된다. 이 물질은 CaSO4·(nHO2)라는 공식을 가지고 있으며, 여기서 0.5 n n ≤ 0.8이다.[8] 구조 내에서 물을 배출하려면 100~150°C(212~302°F)의 온도가 필요하다. 온도와 시간의 세부사항은 주변 습도에 따라 달라진다. 산업용 석회화에는 170 °C(338 °F)의 높은 온도가 사용되지만, 이 온도에서는 무수 γ-무수체가 형성되기 시작한다. 이때 석고로 전달되는 열 에너지(수분의 열)는 광물의 온도를 올리기보다는 (수증기로서) 물 밖으로 나가는 데 들어가는 경향이 있는데, 광물은 물이 없어질 때까지 천천히 상승하다가 더 빠르게 상승한다. 부분 탈수 방정식은 다음과 같다.

CaSO4 · 2 HO2 → CaSO4 · 1/2 H2O + 1+1/2 H2O↑

이 반응의 내열성 특성은 주택 및 기타 구조물에 내화성을 부여하는 건식벽의 성능과 관련이 있다. 화재 시 석고에서 물이 손실됨에 따라 건식벽 뒤의 구조물은 상대적으로 냉각 상태를 유지하게 되어 골격의 손상(목재 부재의 연소 또는 고온에서 강철의 강도 상실을 통한)을 방지하거나 실질적으로 지연시키고 그에 따른 구조적 붕괴를 방지할 수 있다. 그러나 더 높은 온도에서 황산칼슘은 산소를 방출하고 산화제 역할을 할 것이다. 이 성질은 알루미늄 도료에 사용된다. 단순하게 액체나 반액질의 페이스트를 형성하거나 가루로 유지되는 대부분의 미네랄과 대조적으로, 석회화된 석회질은 특이한 성질을 가지고 있다: 정상(주변) 온도에서 물과 혼합하면, 화학적으로 선호하는 이수화물 형태로 빠르게 되돌아가는 반면, 물리적으로 "설정"하여 강직하고 상대적으로 강한 석회질 울음소리를 형성한다.탈 격자:

CaSO4 · 1/2 HO2 + 1+1/2 HO2 → CaSO4 · 2 HO2

이 반응은 발열성이 있으며 석고를 시트(건조벽용), 스틱(칠판 분필용), 곰팡이(파손된 뼈를 고정하거나 금속 주물을 제작하는 것) 등 다양한 형태로 주조할 수 있는 용이성을 담당한다. 중합체와 혼합되어 뼈 수리 시멘트로 사용되어 왔다. 소량의 석회질 석회질 석회질 석회질 석회질(석회질 석회질)이 지구에 추가되어 어도비(젖으면 힘이 빠지는)의 대안인 주조 지구에서 직접 강한 구조를 만들어낸다. 탈수상태는 헤미하이드레이트의 다공성을 조정하기 위해 변화시킬 수 있으며, 그 결과 소위 α-와 β-헤미리틸수화물(화학적으로 다소 동일하다)이 발생한다.

180 °C(356 °F)까지 가열하면 거의 무수 형태인 γ-무수분(n4 = 0~02.05)이 생성된다. γ-무수체는 물과 천천히 반응하여 일부 상업용 건조제에서 착취한 재산인 이수소 상태로 돌아간다. 250 °C 이상의 가열에서는 β-무수분 또는 "자연" 무수분이라고 하는 완전 무수 형태가 형성된다. 천연 무수분은 매우 곱게 갈리지 않는 한 지질학적 시간대를 지나도 물과 반응하지 않는다.

헤미하이드레이트와 γ-무수체의 가변적 구성과 이들의 용이한 상호 변환은, 그들의 거의 동일한 결정 구조로 인해, 다양한 양의 물을 수용할 수 있는 "채널"이나 메탄올과 같은 다른 작은 분자를 수용하기 때문이다.

식품공업

황산수화칼슘은 두부와 같은 제품에서 응고제로 사용된다.[9]

FDA의 경우 치즈 및 관련 치즈 제품, 시리얼 밀가루, 베이커리 제품, 냉동 디저트, 젤리 & 보존용 인공 감미료, 조미료 야채, 조미료 토마토 및 일부 사탕에서 허용된다.[10]

E number 시리즈에서는 E516으로 알려져 있으며, UN의 FAO에서는 발정제, 밀가루 처리제, 속약제, 발효제로 알고 있다.[10]

치의학

황산칼슘은 치의학에서 오랜 역사를 가지고 있다.[11] 골재재생에 접목재료로, 접목 바인더/확장기로, 유도조직 재생에 장벽으로 사용되어 왔다. 이것은 비정상적으로 생체 적합성이 높은 물질이며 이식 후 완전히 재흡수된다. 그것은 중요한 숙주 반응을 유발하지 않으며 이식 부위에 칼슘이 풍부한 환경을 조성한다.[12]

기타 용도

드라이라이트

드라이라이트라는 이름으로 컬러 표시제가 들어간 건조제로 무수 상태에서 판매하면 코발트(Co발트)가 함몰되어 파란색(무수)이나 분홍색(수화물)으로 나타난다.II) 수분 표시기 역할을 하는 염화물.

1970년대까지 화이트헤이븐(영국 컴브리아)에서 무수 황산칼슘으로부터 상업적인 양의 황산이 생산되었다. 셰일이나 마를 섞어서 구우면 황산 생성의 전구체인 삼산화황 가스를 풀어주는 작용으로 시멘트 클링커 생산에 필수적인 미네랄 단계인 규산칼슘도 만들어진다.[13]

CaSO4 + SiO2 → CaSO3 + SO3

생산 및 발생

황산칼슘의 주요 공급원은 자연적으로 발생하는 석고석과 무수분인데, 이것은 전세계 많은 장소에서 증발산물로 발생한다. 이것들은 오픈캐스트 채석이나 심층 채굴에 의해 추출될 수 있다. 세계 천연 석고 생산량은 연간 약 1억 2천 7백만 톤이다.[14]

황산칼슘은 천연원료 외에도 여러 공정에서 부산물로 생산된다.

  • 연도 가스 탈황에서는 화석연료 발전소 및 기타 공정(예: 시멘트 제조)에서 나오는 배기가스를 잘게 갈아놓은 석회석이나 석회를 주입하여 황산화물 함량을 줄이기 위해 문질러 닦는다. 이것은 불순물 황산칼슘을 생성하는데, 황산칼슘을 저장하면 산화된다.
  • 인산암에서 인산염의 생산에서는 인산칼슘을 황산과 황산칼슘 침전물로 처리한다.
  • 불소화수소의 생산에서는 불소화칼슘을 황산으로 처리하여 황산칼슘을 침전시킨다.
  • 아연의 정제에서 황산아연의 용액은 바륨과 같은 중금속을 공동 정제하기 위해 수화석회 처리된다.
  • 황산칼슘은 건설현장의 고철건조벽에서도 회수해 재사용할 수 있다.

이러한 강수 과정은 방사성 원소를 황산칼슘 제품에 집중시키는 경향이 있다. 인산염 광석은 자연적으로 우라늄과 라듐-226, 납-210, 폴로늄-210과 같은 붕괴 제품을 포함하고 있기 때문에 이 문제는 인산염 부산물에서 특히 중요하다.

황산칼슘은 또한 산업용 열교환기에서 용해도가 온도가 증가함에 따라 감소하기 때문에 침전물 오염의 일반적인 성분이다(역행 용해도에 대한 특정 섹션 참조).

역방향 용해성

물에 있는 황산칼슘의 다른 결정상 용해는 발열성이며 열을 방출한다(엔탈피에서의 감소: ΔH < 0). 즉각적인 결과로서, 계속 진행하기 위해서, 분해 반응은 반응의 산물로 간주될 수 있는 이 열을 방출할 필요가 있다. 계통이 냉각되면 르 샤텔리에르 원리에 따라 용해 평형이 오른쪽으로 진화하고 황산칼슘이 더 쉽게 용해된다. 따라서 황산칼슘의 용해도는 온도가 감소함에 따라 증가하며 그 반대도 증가한다. 계통의 온도를 올리면 반응열은 흩어지지 못하고 평형은 르 샤틸리에 원리에 따라 왼쪽으로 퇴행한다. 황산칼슘의 용해도는 온도가 상승함에 따라 감소한다. 이러한 직관에 반하는 용해성 행동을 역행하는 용해성이라고 한다. 용해 반응이 내열성이며(즉, 열을 소비하는 반응: 엔탈피 증가: ΔH > 0) 온도에 따라 용해도가 증가하는 대부분의 염분에 비해 덜 흔하다. 또 다른 칼슘 화합물인 수산화칼슘(Ca(OH,2 포틀랜드이트)도 같은 열역학적 이유로 역행 용해성을 보인다. 왜냐하면 용해 반응 또한 발열성이며 열을 방출하기 때문이다. 따라서 황산칼슘이나 수산화칼슘의 최대량을 물에 녹이기 위해서는 온도를 높이는 대신 동결점에 가깝게 용액을 냉각시켜야 한다.

순수한 물에서 황산칼슘의 용해성(3상)의 온도 의존성.

황산칼슘의 역행 용해성은 난방 시스템의 가장 뜨거운 구역에서 그것의 침전 및 고온에서 CO가2 배출되거나 시스템에서 빠져나올 수 있을 때 용해도가 감소하는 탄산칼슘의 침전과 함께 보일러의 규모 형성에 기여하는 역할도 한다.

화성에서

오퍼튜니티 탐사선이 화성에서 2011년 발견한 사실은 표면에 황산칼슘의 형태를 보여준다. 사진은 광물이 석고라는 것을 보여준다.[15]

참고 항목

참조

  1. ^ Lebedev, A. L.; Kosorukov, V. L. (2017). "Gypsum Solubility in Water at 25°C" (PDF). Geochemistry International. 55 (2): 171–177. doi:10.1134/S0016702917010062. S2CID 132916752.
  2. ^ D.R. 린데(edd.) "화학 및 물리학의 CRC 핸드북", 제83판, CRC 프레스, 2002년판
  3. ^ a b Zumdahl, Steven S. (2009). Chemical Principles 6th Ed. Houghton Mifflin Company. p. A21. ISBN 978-0-618-94690-7.
  4. ^ a b c NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. "#0095". National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
  5. ^ 2012 Wiley-VCH, Weinheim의 Ulmann's 산업 화학 백과사전, Franz Wirsching "Calcium Sulfate". doi:10.1002/14356007.a04_555
  6. ^ Morikawa, H.; Minato, I.; Tomita, T.; Iwai, S. (1975). "Anhydrite: A refinement". Acta Crystallographica Section B. 31 (8): 2164. doi:10.1107/S0567740875007145.
  7. ^ Cole, W.F.; Lancucki, C.J. (1974). "A refinement of the crystal structure of gypsum CaSO4·2H2O". Acta Crystallographica Section B. 30 (4): 921. doi:10.1107/S0567740874004055.
  8. ^ a b 테일러 H.F.W. (1990) 시멘트 화학. Academic Press, ISBN 0-12-683900-X, 페이지 186-187.
  9. ^ "About tofu coagulant". www.soymilkmaker.com. Sanlinx Inc. 31 August 2015.
  10. ^ a b "Compound Summary for CID 24497 - Calcium Sulfate". PubChem.
  11. ^ Titus, Harry W.; McNally, Edmund; Hilberg, Frank C. (1933-01-01). "Effect of Calcium Carbonate and Calcium Sulphate on Bone Development". Poultry Science. 12 (1): 5–8. doi:10.3382/ps.0120005. ISSN 0032-5791.
  12. ^ "Biphasic Calcium Sulfate - Overview". Augma Biomaterials. 2020-03-25. Retrieved 2020-07-16.
  13. ^ 화이트헤이븐 해안 고고학 조사
  14. ^ 석고, USGS, 2008
  15. ^ "NASA Mars Opportunity rover finds mineral vein deposited by water". NASA Jet Propulsion Laboratory. December 7, 2011. Retrieved April 23, 2013.

외부 링크