화학식 NaOH. 나트륨의 수산화물. 화학식량 40.0. 탄산나트륨의 가성화(caustification)와 염화나트륨의 전기분해로 제조되는 강한 염기성의 무색 고체이다.
강한 부식성을 지니므로 흔히 가성소다(caustic soda)라고도 불리며, 시약으로서는 펠릿형 제품으로 시판되고 있다.
성질
조해성이 강하며, 순수한 것은 무색 투명한 결정이지만 보통 불순물이 포함되어 약간불투명한 흰색의 고체이다.
실온에서는 사방정계의 α형(저온형)이며, 299.6℃에서 입방정계의 β형(고온형)으로 전이한다. 완전히 탈수된(無水) 것의 녹는점은 328℃이나 실제로는 매우 제거하기 힘든 수분과 탄산염을 소량 함유하므로 약 10℃ 정도 낮은 318.4℃이다.
끓는점 1390℃, 비중 2.130, 굴절률 1.3576이며 융해열 1.70㎉/㏖, 생성열 102.7㎉/㏖이다. 1, 2, 3, 3.5, 4, 5, 7수화물이 알려져 있으며 3.5수화물은 무색의 단사정계 결정으로서 녹는점 15.5℃이다.
물에 잘 녹으며 용해할 때 대량의 열을 발생시키고, 수용액은 강한 염기성을 띤다. 물 100g에 대한 용해도는 0℃에서 42g, 20℃에서 109g, 100℃에서 347g이다.
에틸알코올·글리세롤에는 잘 녹으나 에테르·아세톤·액체암모니아에는 녹지 않는다. 조해성이 있어서 공기 중에 방치하면 습기와 이산화탄소를 흡수하여 탄산나트륨으로 변한다.
생성된 탄산나트륨은 진한 수산화나트륨 용액에 녹기 어려운데, 이 성질을 이용하여 탄산염을 함유하지 않는 수산화나트륨 수용액을 만들 수 있다.
반대로 이 성질은 이산화탄소의 흡수용으로는 불리하게 되므로, 보통은 탄산염을 석출할 염려가 없는 수산화칼륨용액이 이용된다. 또 열에 대해서는 매우 안정하여 강한 열을 가해도 물과 산화물로 분해되지 않는다.
난용성규산염, 인산염, 황산염과 함께 녹이면(공융；알칼리융해) 수용성 나트륨염이 생기므로 이러한 용해에 이용된다. 단 융해상태의 수산화나트륨은 금·백금 등을 부식하므로, 알칼리융해시에는 고온에서 수산화나트륨에 대한 내성(耐性)이 큰 은·니켈 등으로 만든 도가니를 사용한다.
수산화나트륨은 저온에서 플루오르와 반응하여 플루오르화나트륨과 물·산소를 생성하고 염소·브롬·요오드 등과 반응하여 저온에서는 여러 가지의 산화할로겐화물, 고온에서는 할로겐화나트륨을 생성한다. 황산과 반응하여 황화나트륨 및 티오황산나트륨을, 셀렌과 반응하여 셀렌화나트륨과 아셀렌산나트륨을 만든다.
인과 반응하여 인화나트륨과 포스핀 및 포스포릴화합물, 비소와 반응하여 아비산나트륨과 비소화수소를 만든다. 탄소와 강한 열을 가하면 환원되어 나트륨을 생성하면서 수소와 일산화탄소를 발생한다. 칼슘과 함께 적열(赤熱)하면 환원되어 나트륨이 생긴다.
진한 수용액은 규소와 반응하여 규산나트륨과 수소를 생성한다. 수용액은 암모늄염과 반응하여 암모니아를 유리시키고, 대부분의 금속염 수용액에서 수산화물을 침전시킨다. 납·안티몬·주석·알루미늄·크롬·아연 등의 수산화물은 양쪽성이므로, 침전은 과잉의 수산화나트륨에 녹는다.
수산화나트륨은 또 일산화탄소와 반응하여 포름산나트륨이 되고, 유지(油脂)를 비누화하여 비누(지방산나트륨)와 글리세롤을 만든다. 또 단백질이나 셀룰로오스 등의 유기물 분해작용이 강하다.
제법
공업적인 제조법에는 염화나트륨(공업염) 전기분해와 탄산나트륨의 가성화가 있다.
염화나트륨 전기분해법
공업염 NaCl수용액을 전기분해하면 수산화나트륨과 염소·수소 기체가 동시에 얻어진다. 이 방법을 전해소다법이라고 하며, 얻어진 수산화나트륨은 전해소다라고 한다.
2NaCl＋2HO → 2NaOH＋Cl＋H
NaCl의 각 성분이 위의 식에서처럼 완전히 이용되는데 Cl성분도 염소기체와 같은 이용성이 높은 형으로 변하므로 매우 합리적인 NaCl이용법이다.
문제점의 하나는 수산화나트륨과 염소와의 관계에서 쌍방의 수급이 균형을 유지해야 하는데, 어느 쪽이든 과잉이 되면 그것의 새로운 이용·처분법을 고려해야 한다. 전기분해반응의 원리는 오래 전부터 알려져 왔는데 다음과 같다. NaCl수용액에는 다음 4가지 이온이 존재하며,
NaCl Na＋Cl
HO H＋OH
이것을 전기분해하면, 음극에서 염기가 생성되지만, 그대로는 양극에서 생긴 Cl와 혼합하여,
Cl＋OH ClO＋Cl＋HO
가 오른쪽으로 진행되므로 생성물이 소비된다. 이로 인해 생성물을 각각 분리하는 연구가 이루어지게 되었다.
그 방법에는 격막법·수은법·이온교환막법 등 3종류가 있다. 발전기가 발달된 19세기 후반부터 직류전류를 이용한 공업적 규모의 전기분해가 가능해졌다.
양극재질은 오랫동안 흑연이 이용되어 왔으나, 최근에는 소모되지 않는 치수안정전극(dimensionally stable electrode；DSE로 약칭함. 금속티탄에 산화루테늄(Ⅳ) RuO를 피복한 금속전극)으로 교체되고 있다.
격막법
양극과 음극(철) 사이에 격막을 설치하고 용액을 양극실에서 음극실로 흘려보내 역류를 방지한다〔그림 2〕. NaOH와 NaCl 혼합액(NaOH 10∼12％ 정도)이 얻어지므로 증발관에서 농축시키고, 석출되는 NaCl을 분리하여 원료로 되돌린다.
전해용격막의 재질은 꽤 까다로운데, 세공(細孔) 지름이 적당해야 하고, 기계적·화학적(특히 알칼리에 대하여)으로 안정해야 하며, 이온은 투과하고 분자는 통과시키지 않는 등의 조건을 갖춘 석면이 주로 이용된다.
격막법은 아주 오래 전부터 행해져 왔으나 수산화나트륨의 순도가 낮고 공정면에서 비경제적이라 하여 수은법이 발달하게 되었다.
수은법
격막을 쓰지 않고 탄소를 양극으로, 수은을 음극으로 하여 전기분해하면, 양극에서는 염소가 발생하고 음극에서는 생성된 Na이 Hg와 반응하여 나트륨아말감을 만든다.
Na＋e＋Hg → Na－Hg
수은음극의 사용형식은 이전에는 수은을 바닥에 흘려보내는 방식이 쓰였으나 여러 가지 연구가 이루어져 입형(立型)·수평형 철판의 표면을 나트륨아말감으로 적신 것이 회전하는, 회전음극방식이 채용되었다. 이것은 전해조의 면적을 줄여 생산능률을 높인 장치이다.
이 아말감 속에서는 나트륨 0.2％ 정도가 유동상 적당하다. 아말감을 다른 장소로 옮겨 가수분해하면,
Na－Hg＋HO → NaOH＋Hg＋H
의 반응으로 NaOH가 되고 Hg는 회복재생되므로 이를 순환시킨다. 이 공정을 ＜해홍(解汞；amalgam decomposition)＞이라 하고, 이를 위한 장치는 해홍조라고 한다.
수산화나트륨 50％ 수용액이 얻어지므로, 그대로 제품이 되고 또한 농축도 용이하며, 고전류밀도조업도 가능하다. 그러나 일반적으로 수은법은 격막법에 비해 순도가 높지만 수은사용으로 인한 환경오염 문제를 야기시키므로 수은을 사용하는 장소에서는 엄밀한 크로스드시스템(crossed system)을 설비해야 한다.
이온교환막법
격막법의 개량법에 해당하는 제3의 전해소다법으로 최근 주목받고 있으며, 미국을 비롯한 여러 나라에서 개발되고 있다. Na만을 통과시키는 이온교환막을 사용하는데, 생성된 수산화나트륨의 순도가 높고 그 농도도 20∼40％이다. 이온교환막은 말단에 COOH기를 갖는 (CF)계의 플루오르수지가 뒤퐁사에 의해 개발되었다.
탄산나트륨의 가성화
전해소다법이 발달되기 이전에 사용되었던 방법으로서 습식법과 건식법이 있다.
습식법
석회법이라고도 한다. NaCO 수용액에 석회유(石灰乳) Ca(OH)를 가하여,
NaCO＋Ca(OH) → CaCO＋NaOH
의 복분해반응으로 침전시킨 CaCO을 분리하고 모액(母液)을 농축시킨다.
건식법
산화철법 또는 뢰비히법(Löwig process)이라고도 한다. 먼저 고상반응(固相反應)으로 NaCO에서 철산나트륨을 만든다.
NaCO＋FeO → NaFeO＋CO
가수분해하여 NaOH를 얻고, 고체 FeO을 재생순환한다.
NaFeO＋HO → NaOH＋FeO
고농도의 NaOH용액을 얻을 수 있는 이점이 있는 반면 강염기물질의 고온처리로 노재(爐材)가 부식되기 쉬운 결점이 있다.
용도
각종 나트륨염·금속나트륨·비누·의약품·조미료 등의 원료로 쓰이는 외에 레이온·종이·펄프·알루미나 제조의 부원료로서 화학공업전반에 걸쳐 광범위하게 사용된다. 과잉생산시에는 탄산나트륨의 원료로 이용하며, 중화제·산성가스처리제로도 사용된다.
주의
수산화나트륨은 극약으로서 강한 부식성이 있으므로 취급하는 데 특히 주의해야 한다.
중독시에는 다량의 물이나 식초를 마신다. 생달걀·식물유 등의 음용(飮用)도 효과적이다.
피부에 닿았을 경우에는 물만으로 쉽게 지워지지 않으므로 5∼10％ 황산마그네슘 수용액으로 씻어낸다.
또 눈에 들어간 경우에는 각막이 침해되어 실명할 우려가 있기 때문에 재빨리 대량의 물(가능하면 붕산수)로 잘 씻어낸 뒤 즉시 안과의사의 진찰을 받는다.
<자료출처 야후 백과사전>
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