황산나트륨

Sodium sulfate
황산나트륨
Sodium sulfate.svg
Sodium sulfate.jpg
이름
기타 이름
황산나트륨
황산 이소듐
황산나트륨
테라다이트(무수 광물)
글라우버의 소금(데카하이드레이트)
살미라빌리스 (Decahydrate)
미라빌라이트(Decahydrate mineral)
식별자
3D 모델(JSmol)
체비
켐벨
켐스파이더
ECHA InfoCard 100.028.928 Edit this at Wikidata
E 넘버 E514(i) (acidity regulator, ...)
펍켐 CID
RTECS 번호
  • WE1650000
유니
  • InChi=1S/2Na.H2O4S/c;;1-5(2,3)4/h;(H2,1,2,3,4)/q2*+1;/p-2 checkY
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  • [나+][나+][O-]S([O-]) |O)=O
특성.
나소24
어금질량 142.04 g/㎥(무수)
322.20 g/192 (Decahhydrate)
외관 백색 결정체 고체
흡습성의
냄새 무취의
밀도 2.664 g/cm3(무수)
1.464 g/cm3 (십하이드레이트)
녹는점 884 °C(1,623 °F; 1,157 K) (무수)
32.38°C(Decahydrate)
비등점 1,429 °C(2,604 °F, 1,702 K) (무수)
무수:
4.76 g/100 mL(0°C)
28.1 g/100 mL(25 °C)[1]
42.7 g/100 mL (100 °C)
헵타하이드레이트:
19.5 g/100 mL(0°C)
44 g/100 mL(20°C)
용해성 에탄올에 녹지 않는
글리세롤, 물과 요오드화수소에 용해되는
자기 감수성(magnetic susibility)
 -52.0·10cm−63/190cm
1.468 (무수)
1.394 (십하이드레이트)
구조
직교좀(무수)[2]
단수체(Decahydrate)
약리학
A06AD13(WHO) A12CA02(WHO)
위험
산업안전보건(OHS/OSH):
주요 위험
 자극성
NFPA 704(화재 다이아몬드)
1
0
0
플래시 포인트 불연성
안전 데이터 시트(SDS) ICSC 0952
관련 화합물
기타 음이온
 셀렌산나트륨
텔루레이트 나트륨
기타 양이온
 황산리튬
황산칼륨
황산 루비듐
황산 세슘
관련 화합물
 비황산나트륨
황산나트륨
과황산나트륨
부가자료페이지
황산나트륨(데이터 페이지)
달리 명시된 경우를 제외하고, 표준 상태(25°C [77°F], 100 kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공된다.
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Infobox 참조 자료

황산나트륨(황산나트륨 또는 소다 황산나트륨이라고도 함)은 여러 가지 관련 하이드레이트와 함께 NaSO24 공식의 무기 화합물이다.모든 형태는 물에 잘 녹는 백색 고형분이다.연간 600만 톤의 생산량을 가진 데카하이드레이트는 주요 일반 화학 제품이다.분말 가정용 세탁세제 제조와 고알칼리성 황화물을 만들기 위한 종이가 펄핑되는 크래프트 공정에서 주로 필러로 사용된다.[3]

양식

  • 희귀 미네랄 테라다이트로 알려진 무수 황산나트륨은 유기합성에 건조제로 사용된다.
  • 매우 희귀한 형태인 헵타하이드레이트 황산나트륨.
  • 화학 산업에서 널리 사용되는 광물 유동체로 알려진 데카하이드레이트 황산나트륨.글라우버의 소금이라고도 한다.

역사

황산나트륨의 데카하이드레이트는 1625년 오스트리아 샘물에서 발견한 네덜란드/독일 화학자, 약제사 요한 루돌프 글라우버(1604–1670)의 이름을 따서 글라우버의 소금으로 알려져 있다.그는 그것의 약효 때문에 그것을 살라빌리스(기적의 소금)라고 이름 지었다: 이 결정들은 1900년대에 더 정교한 대안이 나올 때까지 일반적인 용도의 설사약으로 사용되었다.[4][5]

18세기부터 글라우버의 소금은 포타시(탄산칼륨)와 반응하여 소다시(탄산수소산염)의 공업생산을 위한 원료로 사용되기 시작했다.소다재 수요는 늘었고, 황산나트륨의 공급은 줄지어 늘어야 했다.따라서 19세기에는 합성 황산나트륨을 핵심 매개체로 생산하는 대규모 르블랑 공정이 소다수 생산의 주요 방법이 되었다.[6]

화학적 특성

황산나트륨은 전형적인 정전기적으로 결합된 이온 황산나트륨이다.용액 내 자유 황산염 이온의 존재는 이러한 용액을 Ba2+ 또는 Pb2+ 염으로 처리할 때 불용성 황산염이 쉽게 형성되는 것으로 나타난다.

NaSO24 + BaCl2 → 2 NaCl + BaaS4

황산나트륨은 대부분의 산화제나 환원제에는 효력이 없다.고온에서는 카본온 감소(일명 열화학 황산염 감소(TSR), 숯을 이용한 고온 가열 등)에 의해 황화 나트륨으로 전환할 수 있다.[7]

NaSO24 + 2 C → NaS2 + 2 CO2

이러한 반응은 탄산 나트륨에 대한 폐허가 된 산업 루트인 르블랑 공정에서 채택되었다.

황산나트륨은 황산과 반응하여 산염 비황산나트륨을 만든다.[8][9]

NaSO24 + HSO24 ⇌ 2 NaHSO4

황산나트륨은 이중 염분을 형성하는 적당한 경향을 보인다.일반적인 3가금 금속으로 형성된 유일한 알루미늄은 많은 안정적인 금속을 형성하는 황산칼륨과 황산암모늄과 대조적으로 2NaAl(SO4)(239°C 이상에서 안정되지 않음)과 NaCr(SO4)이다.[10]미네랄 아프탈라이트로 자연적으로 발생하는 NaSO24·3KSO를24 포함하여 일부 다른 알칼리 금속 황산염과의 이중 염류가 알려져 있다.황산나트륨과 염화칼륨의 반응에 의한 글레이저라이트의 형성은 수정제인 황산칼륨을 생산하는 방법의 기본으로 이용되어 왔다.[11]그 밖에 이중염류로는 3NaSO24·CaSO4, 3NaSO24·MgSO4(vanthoffite), NaF·NaSO24 등이 있다.[12]

물리적 성질

황산나트륨은 물에서 특이한 용해성 특성을 가지고 있다.[13]용해도는 0°C에서 32.384°C 사이에서 10배 이상 상승하며, 최대 49.7 g/100 mL에 이른다.이때 용해성 곡선은 경사를 변화시키고 용해성은 온도와 거의 독립적으로 된다.32.384°C의 이 온도는 수정수의 방출과 수화염의 녹음에 해당하며 온도계 보정에 대한 정확한 온도 기준의 역할을 한다.

물에서24 NaSO 용해도의 온도 의존성

구조

데카하이드레이트 결정체는 팔면체 분자 기하학을 가진 [Na(OH2)]6+ 이온으로 구성된다.이 옥타헤드라는 물 분자 10개 중 8개가 나트륨에 묶여 있고 2개가 중간인 가장자리를 공유하며 황산염에 수소결합된다.이러한 양이온들은 수소 결합에 의해 황산염 음이온과 연결되어 있다.Na-O 거리는 약 240 pm이다.[14]황산나트륨 데카하이드레이트 결정체는 6.32J/(K·mol)의 측정 가능한 잔류 엔트로피(절대 영점에서의 엔트로피)를 갖는 수화 염류 중에서도 특이하다.이는 대부분의 하이드레이트에 비해 물을 훨씬 더 빠르게 분배할 수 있기 때문이다.[15]

생산

거의 독점적으로 데카하이드레이트 형태의 황산나트륨의 세계 생산량은 연간 약 550만~600만톤에 달한다(Mt/a).1985년 생산량은 4.5 mt/a로 천연원료 반, 화학원료 반이었다.2000년 이후 2006년까지 안정적인 수준에서 자연생산이 4mt/a로 증가했고, 화학생산은 1.5~2mt/a로 감소해 총 5.5~6mt/a로 감소하였다.[16][17][18][19]모든 용도에서 자연적으로 생산되고 화학적으로 생산된 황산나트륨은 실질적으로 상호 교환이 가능하다.

자연원

전 세계 데카하이드레이트(글로버의 소금) 생산량의 3분의 2는 예를 들어 남부 사스카체완의 호수침대에서 발견되는 천연광물 형태의 미라빌라이트로부터 나온 것이다.1990년 멕시코와 스페인은 세계 천연 황산나트륨(각각 50만톤)의 주요 생산국으로 러시아, 미국, 캐나다는 각각 35만톤이었다.[17]천연자원은 10억 톤 이상으로 추정된다.[16][17]

Major producers of 200,000 to 1,500,000 tonnes/year in 2006 included Searles Valley Minerals (California, US), Airborne Industrial Minerals (Saskatchewan, Canada), Química del Rey (Coahuila, Mexico), Minera de Santa Marta and Criaderos Minerales Y Derivados, also known as Grupo Crimidesa (Burgos, Spain), Minera de Santa Marta (Toledo, Spain), Sulqu아이자(스페인 마드리드), 청두 Sanlian 톈취안 화학(톈취안 현, 쓰촨 중국), 훙쩌 Yinzhu 화학 그룹(훙쩌 구, 중국 장쑤성)Nafine 화학 산업 그룹(산시 성, 중국), 쓰촨 성 Chuanmei Mirabilite(万胜镇[zh], 둥포 구, 메이 산 시, 쓰촨 중국), Kuchuksulphat 합동 지원 사령부(알타이 지방, 러시아 시베리아)[zh].[16][18]

무수 황산나트륨은 건조한 환경에서 광물인 테라다이트로 발생한다.습한 공기 속에서 서서히 미라빌라이트로 바뀐다.황산나트륨은 황산나트륨 미네랄인 글라우버라이트로도 발견된다.두 광물은 모두 미라빌라이트보다 덜 흔하다.[citation needed]

화학공업

전 세계 황산나트륨의 약 3분의 1이 화학공업의 다른 공정의 부산물로 생산되고 있다.이 생산의 대부분은 화학적으로 1차 공정에 내재되어 있으며, 단지 약간만 경제적이다.따라서 업계의 노력으로 부산물로서의 황산나트륨 생산이 감소하고 있다.

가장 중요한 화학적 황산나트륨 생산은 염산나트륨(소금)과 황산, 만하임 공정에서 또는 하그리브스 공정에서 이산화황으로부터 생산된다.[20]이러한 과정에서 발생하는 황산나트륨은 소금케이크라고 알려져 있다.

만하임: 2 NaCl + HSO24 → 2 HCl + NaSO24
하그리브스: 4 NaCl + 2 SO2 + O2 + 2 HO2 → 4 HCl + 2 NaSO24

황산나트륨의 2차 주요 생산은 레이온 생산에 대규모로 적용되는 수산화나트륨 잉여가 황산에 의해 중화되는 공정이다.이 방법은 또한 정기적으로 적용되고 편리한 실험실 준비물이다.

2 NaOH(aq) + HSO24(aq) → NaSO24(aq) + 2 HO2(l) ΔH = -112.5 kJ(고열)

실험실에서 그것은 또한 중탄산나트륨과 황산마그네슘 사이의 반응으로부터 합성될 수 있다.

2 NaHCO3 + MgSO4 → Na2SO4 + Mg(OH)2 + 2 CO2

그러나 상업적 원천을 쉽게 이용할 수 있기 때문에 실험실 합성은 종종 실행되지 않는다.기존에는 황산나트륨도 다이크롬산나트륨을 형성하는 크롬산나트륨 용액에 황산을 첨가하거나 그 뒤 크롬산나트륨 제조의 부산물이었다.대신에, 황산나트륨은 리튬 탄산수소, 킬레이트화제, 레소르시놀, 아스코르브산, 실리카색소, 질산, 페놀의 생산에서 형성되거나 형성되었다.[16]

벌크 황산나트륨은 무수 형태가 철 화합물과 유기 화합물을 끌어당기는 경향이 있기 때문에 보통 탈수소 형태를 통해 정화된다.무수 형태는 온화한 온난화에 의해 수분이 함유된 형태로 쉽게 생성되기 쉽다.

Major sodium sulfate by-product producers of 50–80 Mt/a in 2006 include Elementis Chromium (chromium industry, Castle Hayne, NC, US), Lenzing AG (200 Mt/a, rayon industry, Lenzing, Austria), Addiseo (formerly Rhodia, methionine industry, Les Roches-Roussillon, France), Elementis (chromium industry, Stockton-on-Tees, UK), Shikoku Chemicals (Tokushima, 일본) 및 비스코-R(레이온 산업, 러시아).[16]

적용들

유기 액체를 건조하는 데 사용되는 황산나트륨.여기 덩어리가 형성되어 유기액에 물의 존재를 나타낸다.
황산나트륨을 추가로 도포함으로써 액체가 마를 수 있는데, 이는 여기에 덩어리가 없다는 것을 나타낸다.

상품산업

1970년 미국의 가격이 톤당 30달러, 소금 케이크 품질은 톤당 최고 90달러, 등급은 더 좋은 130달러로, 황산나트륨은 매우 저렴한 재료다.가장 큰 용도는 분말 가정용 세탁 세제에서 필러로 사용되며, 세계 생산량의 약 50%를 소비한다.국내 소비자들이 황산나트륨을 함유하지 않은 소형 세제나 액체 세제로 전환하는 사례가 늘고 있어 이 사용이 줄어들고 있다.[16]

과거 미국과 캐나다에서 황산나트륨을 주로 사용했던 또 다른 주요 용도는 목재 펄프 제조를 위한 크래프트 공정에 있다.이 과정에서 나오는 "검은 술"에 존재하는 유기물은 열을 내기 위해 연소되는데, 황산나트륨을 황화 나트륨으로 줄이는 데 필요하다.그러나 1960년대 초 크래프트 회수 공정의 열효율의 진보로 인해 보다 효율적인 황회수가 이루어졌고 황산나트륨의 메이크업의 필요성이 급격히 줄어들었다.[21]따라서 미국과 캐나다의 펄프 산업에서 황산나트륨의 사용은 1970년 연간 140만 톤에서 2006년 약 15만 톤으로 감소하였다.[16]

유리 산업은 유럽에서 두 번째로 큰 응용 프로그램인 황산나트륨에 또 다른 중요한 응용 프로그램을 제공한다.황산나트륨은 용해된 유리의 작은 기포를 제거하기 위해 피니싱제로 사용된다.유리를 유동화시키고, 정제 과정에서 유리의 스컴 형성을 방지한다.유럽의 유리 산업은 1970년부터 2006년까지 연간 11만 톤의 안정적인 소비를 해왔다.[16]

섬유 제조에 있어 황산나트륨이 중요한데, 특히 가장 큰 응용 분야인 일본에서 더욱 그렇다.황산나트륨은 용액의 이온 강도를 높이기 위해 첨가되어 '유출'에 도움이 되어, 염료가 고르게 침투할 수 있도록 섬유섬유에 대한 음전하를 감소시킨다(구이와 채프먼이 정교하게 기술한 확산이중층(DDL) 이론 참조).대체 염화나트륨과 달리 염색에 사용되는 스테인리스강관은 부식되지 않는다.일본과 미국의 이 애플리케이션은 2006년에 약 10만 톤을 소비했다.[16]

식품공업

황산나트륨은 식용 색소의 희석제로 사용된다.[22]E number addression E514로 알려져 있다.

열저장

위상에서의 높은 열 저장 용량은 고체에서 액체로 변화하고, 유리한 위상 변화 온도는 32°C(90°F)로 우주 난방 애플리케이션에서 나중에 방출되는 저급 태양열을 저장하는 데 특히 적합하다.어떤 용도에서는 재료를 다락방 공간에 두는 열 타일에 통합하는 반면, 다른 용도에서는 소금을 태양열 가열수로 둘러싸인 세포에 통합한다.위상 변경은 효과적인 열 저장에 필요한 물질의 질량을 상당히 감소시킬 수 있으며(황산나트륨 데카하이드레이트 용해 열은 82 kJ/mol 또는 252 kJ/kg[23]) 적절한 단계에서 충분한 재료를 사용할 수 있는 한 온도 일관성이라는 추가적인 이점이 있다.

냉각 용도의 경우, 일반적인 염화나트륨 소금(NaCl)을 혼합한 혼합물은 용해점을 18°C(64°F)로 낮춘다.NaCl·Na의2 융합열소4·10HO는2 실제로 286 kJ/kg으로 약간 증가한다.[24]

소규모 애플리케이션

실험실에서 무수 황산나트륨은 유기용액에서 물의 흔적을 제거하기 위해 불활성 건조제로 널리 사용된다.[25]그것은 비슷한 황산 마그네슘보다 더 효율적이지만 더 느리게 반응한다.약 30℃ 이하에서만 효과가 있지만 화학적으로 상당히 불활성화 되어 있어 다양한 재료와 함께 사용할 수 있다.황산나트륨은 결정체가 더 이상 뭉치지 않을 때까지 용액에 첨가된다; 두 개의 비디오 클립(위 참조)은 아직 젖었을 때 결정체가 어떻게 뭉치는지 보여주지만, 표본이 건조되면 어떤 결정들은 자유롭게 흐른다.

글라우버의 소금인 데카하이드레이트는 설사제로 쓰인다.예를 들어 약물 과다복용 후 파라세타몰(아세트아미노펜)과 같은 특정 약물을 몸에서 제거하는 데 효과적이다.[26][27]

1953년에는 수동형 태양열 시스템의 열 저장에 황산나트륨이 제안되었다.이것은 특이한 용해성 특성과 결정화 높은 열(78.2 kJ/mol)을 이용한다.[28]

황산나트륨의 다른 용도는 성에 제거 창문, 녹말 제조, 카펫 방향제의 첨가제, 그리고 소 사료에 첨가제로서 사용된다.

적어도 한 회사인 써멀테이크는 누비 플라스틱 패드 안에 황산나트륨 데카하이드레이트를 사용하는 노트북 컴퓨터 쿨러(iXoft 노트북 쿨러)를 만든다.이 물질은 천천히 액체와 재순환으로 바뀌며 노트북 온도를 균등하게 하고 절연체 역할을 한다.[29]

안전

황산나트륨은 일반적으로 무독성으로 간주되지만 주의하여 취급해야 한다.[22]이 먼지는 일시적인 천식이나 눈 자극을 일으킬 수 있다; 이 위험은 눈 보호와 종이 마스크를 사용하여 예방할 수 있다.운송은 제한되지 않으며 위험 구문이나 안전 구문이 적용되지 않는다.[30]

참조

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외부 링크