황산 칼륨
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1. 개요
황산 칼륨(K₂SO₄)은 14세기부터 알려진 화합물로, 비료, 명반, 유리 제조 등에 사용된다. 자연에서는 아르카나이트 광물 형태로 존재하며, 염화 칼륨과 황산의 반응으로 생산된다. 황산 칼륨은 두 가지 결정 형태를 가지며, 물에 용해되고 염화물을 포함하지 않아 특정 작물에 선호된다. 또한, 포병 추진제 장약의 섬광 감소제, 소다 블라스팅, 불꽃놀이 보라색 불꽃 생성에도 사용된다. 황산과 반응하여 황산수소칼륨을 생성하며, 고온에서 규산염, 티탄산염 등에 작용하여 분석 화학에서 분해제로 사용되기도 한다.
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| 황산 칼륨 - [화학 물질]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
 | |
| |
| |
| IUPAC 이름 | 황산 칼륨 |
| 다른 이름 | 황산칼리 황산카리 유가 |
| 속성 | |
| 화학식 | K₂SO₄ |
| 몰 질량 | 174.259 g/mol |
| 외관 | 흰색 고체 |
| 냄새 | 무취 |
| 밀도 | 2.66 g/cm³ |
| 용해도 | 111 g/L (20 °C) 120 g/L (25 °C) 240 g/L (100 °C) |
| 다른 용매에 대한 용해도 | 글리세롤에 약간 용해됨 아세톤, 알코올, CS₂에는 불용성 |
| 용해도 곱 | 1.32 (120 g/L) |
| 녹는점 | 1069 °C |
| 끓는점 | 1689 °C |
| 굴절률 | 1.495 |
| 자기 감수율 | −67.0·10⁻⁶ cm³/mol |
| 구조 | |
| 배위 | 해당사항 없음 |
| 결정 구조 | 사방정계 |
| 위험성 | |
| MSDS | 외부 MSDS 외부 MSDS |
| 주요 위험 | 자극성 물질 |
| 신호어 | 경고 |
| 인화점 | 불연성 |
| LD50 | 6600 mg/kg (경구, 쥐) |
| EU 지수 | 리스트에 없음 |
| 관련 화합물 | |
| 다른 음이온 | 셀렌산 칼륨 텔루르산 칼륨 |
| 다른 양이온 | 황산 리튬 황산 나트륨 황산 루비듐 황산 세슘 |
| 다른 화합물 | 황산 수소 칼륨 아황산 칼륨 중아황산 칼륨 과황산 칼륨 |
| 식별 | |
| ChemSpider ID | 22915 |
| UNII | 1K573LC5TV |
| KEGG | D01726 |
| ChEMBL | 2021424 |
| EC 번호 | 231-915-5 |
| InChI | 1/2K.H2O4S/c;;1-5(2,3)4/h;;(H2,1,2,3,4)/q2*+1;/p-2 |
| InChIKey | OTYBMLCTZGSZBG-NUQVWONBAU |
| ChEBI | 32036 |
| SMILES | [K+].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O |
| StdInChI | 1S/2K.H2O4S/c;;1-5(2,3)4/h;;(H2,1,2,3,4)/q2*+1;/p-2 |
| StdInChIKey | OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L |
| CAS 번호 | 7778-80-5 |
| PubChem | 24507 |
| RTECS | TT5900000 |
2. 역사
황산 칼륨은 14세기 초부터 알려져 왔다. 요한 루돌프 글라우버, 로버트 보일, 오토 타케니우스 등이 황산 칼륨을 연구했다.[4][5] 17세기에는 산성 염과 알칼리성 염의 조합으로 "아르카눔" 또는 "살 두플리카툼"이라고 불렸다. 의약 화학자 크리스토퍼 글레이저가 제조하여 의약품으로 사용한 후 "비트리올 타르타르", "글레이저의 소금" 등으로도 알려졌다.[4][5]
황산 칼륨의 광물 형태인 아르카나이트는 비교적 희귀하다. 황산 칼륨의 천연 자원은 슈타스푸르트 소금에 풍부하게 매장된 광물들이다. 이들은 황산 칼륨과 마그네슘, 칼슘, 나트륨의 황산염의 공결정이다.
1985년에 약 150만ton이 생산되었으며, 일반적으로 염화 칼륨과 황산의 반응으로 생산되었다. 이는 망하임 공법을 통해 황산 나트륨을 생산하는 것과 유사하다.[7] 이 공정은 황산수소 칼륨의 중간 생성물을 포함하며, 실온에서 발생하는 발열 반응이다.
두 가지 결정 형태가 알려져 있다. 사방정계 β-K₂SO₄는 일반적인 형태이지만, 583 °C 이상에서 α-K₂SO₄로 변환된다.[7] 이러한 구조는 복잡하지만, 황산염은 전형적인 사면체 기하 구조를 갖는다.[8]
황산 칼륨은 비료 외에도 다음과 같은 용도로 사용된다.
근대 이전 의학에서는 "아르카눔 두플리카툼" (이중 비밀) 또는 "파나세아 두플리카타"로 알려졌으며, 글라우버의 과정을 통해 제조되었다. 이 과정은 니트르 (질산 칼륨)와 비트리올유 (황산)에서 강산 (질산)을 생산한 후 남은 잔류물로부터 제조하는 방식이었다.
: 2 KNO3 + H2SO4 -> 2 HNO3 + K2SO4
잔류물을 뜨거운 물에 녹여 여과한 후 증발시켜 얇은 막을 만들고 결정화시켰다. 이것은 이뇨제와 발한제로 사용되었다.[6]
Chambers의 ''백과사전''에 따르면, 이 제조법은 홀슈타인고토르프 공작 카를 프리드리히가 500탈러에 구매했다. 공작의 주치의인 슈로더는 심기증, 지속적이고 간헐적인 열병, 결석, 괴혈병 등에 효과가 있다고 기록했다.[6]
3. 천연 자원
관련 광물은 다음과 같다.광물 이름 화학식 카이나이트 KMg(SO4)·Cl·3H2O 쇼나이트 (현재는 피크로머라이트라고 알려짐) K2SO4·MgSO4·6H2O 레오나이트 K2SO4·MgSO4·4H2O 랑베이 나이트 K2Mg2(SO4)3 아프탈라이트 (이전에는 글라세라이트라고 알려짐) K3Na(SO4)2 폴리할라이트 K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O
황산 칼륨은 카이나이트와 같은 일부 광물에서 분리할 수 있는데, 이는 해당 염이 물에 덜 용해되기 때문이다.
키저라이트(MgSO4·H2O)를 염화 칼륨 용액과 결합하여 황산 칼륨을 생성할 수 있다.
4. 생산
: KCl + H2SO4 → HCl + KHSO4
공정의 두 번째 단계는 흡열 반응으로, 에너지 투입이 필요하다.
: KCl + KHSO4 → HCl + K2SO4
5. 구조 및 특성
황산나트륨과는 달리 수화물을 형성하지 않는다. 이 염은 육면체 이중 피라미드 형태로 결정화되며, 능면체로 분류된다. 투명하고 매우 단단하며 쓴맛과 짠맛이 난다. 이 염은 물에는 용해되지만, 수산화 칼륨 용액(비중 1.35) 또는 무수 에탄올에는 용해되지 않는다.
6. 용도
6. 1. 비료
비료는 황산 칼륨의 주요 용도이다. K2SO4는 염화물을 포함하지 않아 담배, 일부 과일 및 채소와 같이 염화물에 민감한 작물에 선호된다.[9] 덜 민감한 작물도 관개수에서 염화물이 축적되는 토양에서는 황산 칼륨이 필요할 수 있다.[9] 흡습성이 낮아 보존 및 배합 시 취급이 용이하다.[12] 배합 비료의 칼륨원으로 사용되며, 토양 산성화 정도는 염화 칼륨보다 낮다.
한국에서 사용되는 황산 칼륨 비료는 대부분 수용성 칼리(K2O)를 48-50% 함유한다.[13] 황산 칼륨은 염화 칼륨보다 비싸지만, 밭작물에 사용했을 때 비료 효과가 뛰어나다. 황산 이온은 작물에 흡수 이용되는 비료 성분이지만, 염화물 이온은 비료 효과가 없다. 잎담배용 비료는 염화물 이온을 피해야 하므로 황산 칼륨이 사용된다. 비료명에 'S'가 포함된 경우 황산 칼륨 사용을 의미한다.
6. 2. 기타 용도
명반의 원료로 사용된다.[12] 유리의 제조에 사용되기도 한다.[9] 포병 추진제 장약에서 섬광 감소제로 사용되어 총구 섬광, 반사 섬광 및 과압을 줄여준다.[9] 소다와 유사한 대체 폭파재로 소다 블라스팅에 사용되기도 한다.[10] 불꽃놀이에서 질산 칼륨과 함께 사용하여 보라색 불꽃을 생성한다.[9]
7. 반응
황산수소칼륨(황산수소칼륨이라고도 함)은 KHSO4이며, K2SO4와 황산을 반응시켜 쉽게 생성된다. 197°C에서 녹는 사방 정계 피라미드를 형성한다. 0°C에서 물 3부에 녹는다. 용액은 마치 두 개의 동족체인 K2SO4와 H2SO4가 결합하지 않은 채 나란히 존재하는 것처럼 행동한다. 에탄올 과잉은 과량의 산이 남은 채 일반 황산염(소량의 중황산염)을 침전시킨다.
융해된 건조 염은 수백 도까지 가열하면 규산염, 티탄산염 등에 작용하며, 이는 자연 비등점 이상으로 가열된 황산과 동일하다. 따라서 분석 화학에서 분해제로 자주 사용된다.
참조
[1]
서적
Handbook of Inorganic Chemicals
McGraw-Hill
[2]
서적
The Merck Index
Merck & Co.
1983
[3]
웹사이트
Potassium sulfate RN: 7778-80-5
https://chem.nlm.nih[...]
United States National Library of Medicine
[4]
논문
Christopher Glaser
[5]
논문
Three centuries of Rochelle salt
[6]
간행물
Arcanum duplicatum
http://digicoll.libr[...]
[7]
백과사전
Wiley-VCH
[8]
논문
Structure cristalline de la forme 'basse température' du sulfate de potassium K2SO4-beta
1968
[9]
서적
Fertilizer manual
Kluwer Academic
[10]
웹사이트
Super K (Potassium Sulphate)
http://americansurfa[...]
American Surface Prep
2014-12-07
[11]
서적
Handbook of Inorganic Chemicals
McGraw-Hill
[12]
서적
カリ肥料
日本林業技術協会
[13]
서적
カリひりょう
日本林業技術協会
[14]
서적
Handbook of Inorganic Chemicals
McGraw-Hill
[15]
서적
The Merck Index
Merck & Co.
1983
[16]
웹인용
Potassium sulfate RN: 7778-80-5
http://chem.sis.nlm.[...]
United States National Library of Medicine
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