황산 니켈

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1. 개요
2. 제법
3. 구조
4. 성질 및 반응
5. 용도
6. 천연 존재
7. 안전성
참조

1. 개요

황산 니켈은 황산에 니켈, 산화 니켈, 탄산 니켈 등을 녹여 제조하며, 니켈의 전기도금, 니켈 기반 촉매 및 안료의 전구체로 사용된다. 육수화물, 칠수화물, 일수화물 등 다양한 수화물 형태가 존재하며, 가열 시 분해되어 삼산화 황과 산화 니켈(II)를 생성한다. 피부 첩포 검사에서 흔한 알레르겐이며, 호흡기 암 위험을 증가시킬 수 있어 인체 발암 물질로 분류된다.

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황산 니켈 - [화학 물질]에 관한 문서
기본 정보
무수물
육수화물
니켈(II) 황산 육수화물
IUPAC 명칭	황산 니켈(II)
다른 이름	아황산 니켈 황산 니켈(II)
식별
ChemSpider ID	22989
PubChem CID	24586
UNII	4FLT4T3WUN (무수물) JC9WZ4FK68 (육수화물) 596IDD57NR (칠수화물)
InChI	1/Ni.H2O4S/c;1-5(2,3)4/h;(H2,1,2,3,4)/q+2;/p-2
InChIKey	LGQLOGILCSXPEA-NUQVWONBAG
ChEBI	53001
SMILES	"[Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O" (무수물) "[OH2+][Ni-4]([OH2+])([OH2+])([OH2+])([OH2+])[OH2+].[O-]S(=O)(=O)[O-]" (육수화물)
표준 InChI	1S/Ni.H2O4S/c;1-5(2,3)4/h;(H2,1,2,3,4)/q+2;/p-2
표준 InChIKey	LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L
CAS 등록번호	7786-81-4 (무수물) 10101-97-0 (육수화물) 10101-98-1 (칠수화물)
EINECS	232-104-9
RTECS	QR9600000
성질
화학식	NiSO₄
몰 질량	154.75 g/mol (무수물) 262.85 g/mol (육수화물) 280.86 g/mol (칠수화물)
외형	노란색-녹색 고체 (무수물) 청록색 결정 (육수화물) 청록색 결정 (칠수화물)
냄새	무취
밀도	4.01 g/cm³ (무수물) 2.07 g/cm³ (육수화물) 1.948 g/cm³ (칠수화물)
용해도	65 g/100 mL (20 °C) 77.5 g/100 mL (30 °C) (칠수화물)
용해성 (기타)	무수물 육수화물 칠수화물
녹는점	1210 °C (무수물, 고압에서) 53 °C (육수화물)
끓는점	640 °C 이상 (무수물, 분해) 100 °C (육수화물, 분해)
굴절률	1.511 (육수화물) 1.467 (칠수화물)
pKa	4.5 (육수화물)
자기 감수율	+4005.0·10⁻⁶ cm³/mol
구조
결정 구조	사방정계 (무수물) 정방정계 (육수화물) 능면체 (칠수화물)
위험성
외부 MSDS	외부 MSDS
GHS 그림 문자
GHS 신호어	위험
H 문구	H302+H332, H315, H317, H334, H341, H350, H360D, H372, H410
P 문구	P201, P261, P273, P280, P308+313, P501
NFPA 704	NFPA-H: 3 NFPA-F: 0 NFPA-R: 0
인화점	불연성
LD50	264 mg/kg
유럽 연합 지침 (EU 지침)	EU 색인: 028-009-00-5 EU 분류: Carc. Cat. 1, Muta. Cat. 3, Repr. Cat. 2, 유독 (T), 유해 (Xn), 자극성 (Xi), 환경에 위험 (N)
R 문구	R49, R61, R20/22, R38, R42/43, R48/23, R68, R50/53
S 문구	S53, S45, S60, S61
관련 화합물
다른 양이온	황산 코발트(II) 황산 구리(II) 황산 철(II)

2. 제법

황산 니켈은 황산에 니켈, 산화 니켈, 탄산 니켈 등을 녹여 제조하며, 연간 1만 톤이 생산된다. 황산 니켈은 일반적으로 구리 정련의 부산물로 얻어지며, 황산에 니켈 금속 또는 니켈 산화물을 용해하여 생산할 수도 있다.

황산 니켈 수용액은 탄산 나트륨과 반응하여 탄산 니켈을 침전시키는데, 이는 니켈 기반 촉매 및 안료의 전구체이다.^[6] 황산 니켈 농축 수용액에 황산 암모늄을 첨가하면 Ni(NH4)2(SO4)2*6H2O^영어가 침전된다. 이 파란색 고체는 모어 염(Fe(NH4)2(SO4)2*6H2O^영어)과 유사하다.^[1]

3. 구조

니켈(II)의 황산염은 최소 7가지가 알려져 있다. 이 염들은 수화물 또는 결정 습성 면에서 서로 다르다.

흔한 정방정계 육수화물은 30.7°C~53.8°C 사이의 수용액에서 결정화된다. 이 온도 이하에서는 7수화물이 결정화되고, 이 온도 이상에서는 사방정계 육수화물이 형성된다. 노란색 무수 형태인 NiSO₄는 사방정계 결정계에서 결정화되며^[2], 표준 압력에서 640°C 이상의 온도에서 NiO로 분해되며, 녹는점에 도달하기 전이다.^[3] 높은 시스템 압력에서만 녹으며, 일정한 부피 방식을 사용하여 녹는점은 1210°C로 밝혀졌다.^[4] 무수 황산염은 330°C 이상에서 수화물을 가열하여 생성된다.

X선 결정학 측정 결과 NiSO₄·6H₂O는 팔면체 Ni(H2O)6|Ni(H2O)6^영어²⁺ 이온으로 구성되어 있는 것으로 나타났다. 이 이온들은 다시 황산 이온과 수소 결합을 한다.^[5] 염을 물에 용해시키면 아쿠오 착물 Ni(H2O)6|Ni(H2O)6^영어²⁺을 포함하는 용액이 생성된다.

모든 황산 니켈은 상자성이다.

4. 성질 및 반응

니켈(II)의 황산염은 최소 7가지가 알려져 있다. 이 염들은 수화물 또는 결정 습성 면에서 서로 다르다.

흔한 정방정계 육수화물은 30.7°C~53.8°C 사이의 수용액에서 결정화된다. 이 온도 이하에서는 7수화물이 결정화되고, 이 온도 이상에서는 사방정계 육수화물이 형성된다. 노란색 무수 형태인 NiSO₄는 사방정계 결정계에서 결정화되며^[2], 표준 압력에서 640°C 이상의 온도에서 NiO로 분해되며, 녹는점에 도달하기 전이다.^[3] 높은 시스템 압력에서만 녹으며, 일정한 부피 방식을 사용하여 녹는점은 1210°C로 밝혀졌다.^[4] 무수 황산염은 330°C 이상에서 수화물을 가열하여 생성된다.

X선 결정학 측정 결과 NiSO₄·6H₂O는 팔면체 Ni(HO)^영어 이온으로 구성되어 있는 것으로 나타났다. 이 이온들은 다시 황산 이온과 수소 결합을 한다.^[5] 염을 물에 용해시키면 아쿠오 착물 Ni(HO)을 포함하는 용액이 생성된다.

모든 황산 니켈은 상자성이다.

황산 니켈은 탄산 니켈을 침전시키는데, 이는 니켈 기반 촉매 및 안료의 전구체이다.^[6] 황산 니켈의 농축 수용액에 황산 암모늄을 첨가하면 Ni(NH)(SO)*6HO 가 침전된다. 이 파란색 고체는 모어 염인 Fe(NH)(SO)*6HO 와 유사하다.^[1]

NiSO₄·6H₂O 및 관련 수화물의 수용액은 암모니아와 반응하여 [Ni(NH)]SO 를 생성하고, 에틸렌디아민과 반응하여 착물 [Ni(HNCHCHNH)]SO 를 생성한다.

가열하면 분해되어 삼산화 황과 산화 니켈(II)를 생성한다.

: NiSO4 -> SO3\ + NiO

5. 용도

니켈 전기도금에 사용된다.^[6] 생화학 및 분자 생물학에서 폴리히스티딘 태그에 사용되는 컬럼을 재생하는 데에도 쓰인다.

6. 천연 존재

황산 니켈은 희귀 광물인 레트게르사이트^[7]로 자연적으로 발생하며, 이는 육수화물이다. 두 번째 육수화물은 니켈헥사하이드라이트로 알려져 있으며, 이는 레트게르사이트의 단사정형 동질이상이다. 공기 중에서 비교적 불안정한 칠수화물은 모레노사이트로 자연적으로 발생한다. 일수화물은 매우 희귀한 광물인 드보르니키트로 자연적으로 발생한다.

7. 안전성

2005~2006년, 황산 니켈은 피부첩포검사에서 가장 흔한 알레르겐이었다(19.0%).^[8] 황산 니켈은 광석 제련소 작업자에 대한 역학 연구에서 호흡기 암 위험 증가가 관찰되어 인체 발암 물질로 분류된다.^[9]^[10] F344 쥐와 B6C3F1 생쥐를 대상으로 한 2년간의 흡입 연구에서는 발암 활성의 증거는 없었지만, 폐 염증과 기관지 림프절 과형성이 관찰되었다.^[12] 이러한 결과는 흡입을 통한 황산 니켈의 발암성에 대한 역치가 있음을 강력하게 시사한다. F344 쥐에게 황산 니켈 육수화물을 매일 경구 투여하는 2년간의 연구에서는 발암 활성 증가의 증거가 관찰되지 않았다.^[13] 인간과 동물 데이터는 경구 노출 경로를 통한 발암성의 부재를 일관되게 나타내며, 니켈 화합물의 발암성을 흡입 후 호흡기 종양으로 제한한다.^[14] 이러한 영향이 인간에게 관련이 있는지 여부는 불분명하며, 노출이 심한 여성 근로자에 대한 역학 연구에서는 유해한 발달 독성 영향이 나타나지 않았다.^[15]

참조

_[1] 서적 Nickel Compounds Wiley-VCH, Weinheim 2005
_[2] 논문 Morphology and structure of anhydrous nickel sulphate https://scripts.iucr[...] 1957-04-10
_[3] 논문 Thermal decomposition temperatures of metal sulfates https://linkinghub.e[...] 1984-10
_[4] 논문 Experimental studies on NiSO4 by thermal analysis and calorimetry https://linkinghub.e[...] 2014-06
_[5] 서적 Structural Inorganic Chemistry Oxford: Clarendon Press 1984
_[6] 간행물 Catalysts AOCS Press, Urbana 1994
_[7] 웹사이트 Retgersite https://www.mindat.o[...]
_[8] 논문 Patch-test results of the North American Contact Dermatitis Group 2005–2006 2009-05
_[9] 간행물 Nickel and nickel compounds 2012
_[10] 간행물 Report on Carcinogens https://ntp.niehs.ni[...] U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service 2016
_[11] 간행물 Report of the International Committee on Nickel Carcinogenesis in Man 1990
_[12] 간행물 Toxicology and Carcinogenesis Studies of Nickel Sulfate Hexahydrate (CAS NO. 10101-97-0) in F344/N Rats and B6CF1 Mice (Inhalation Studies) US DHHS 1996
_[13] 논문 Oral Carcinogenicity Study with Nickel Sulfate Hexahydrate in Fischer 344 Rats. 2007
_[14] 논문 Preventable Exposures Associated With Human Cancers 2011
_[15] 논문 Spontaneous abortions among nickel-exposed female refinery workers. 2008

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