과염소산 리튬
1. 개요
과염소산 리튬(LiClO₄)은 유기 용매에 잘 녹는 성질을 가진 무기 화합물이다. 디엘스-알더 반응, 베일리스-힐만 반응의 촉매로 사용되며, 리튬 이온 배터리의 전해질 염, 로켓 추진제 산화제, 불꽃놀이의 발색제, 단백질 변성을 위한 카오트로피제로 활용된다. 과염소산 나트륨과 염화 리튬의 반응, 또는 염소산 리튬의 전기 분해로 제조할 수 있다. 유기 화합물, 환원제와 혼합 시 폭발성을 띠므로 취급에 주의해야 한다.
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| IUPAC 이름 | 과염소산 리튬 |
|---|---|
| 다른 이름 | 과염소산, 리튬염 리튬 클로리쿰 |
| 화학 물질 식별자 (ChemSpider) | 133514 |
|---|---|
| InChI | 1/ClHO4.Li/c2-1(3,4)5;/h(H,2,3,4,5);/q;+1/p-1 |
| InChI 키 | MHCFAGZWMAWTNR-REWHXWOFAR |
| SMILES | [Li+].[O-]Cl(=O)(=O)=O |
| 표준 InChI | 1S/ClHO4.Li/c2-1(3,4)5;/h(H,2,3,4,5);/q;+1/p-1 |
| 표준 InChI 키 | MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M |
| CAS 등록 번호 | 7791-03-9 |
| UNII | Q86SE98C9C |
| 펍켐 (PubChem) | 23665649 |
| 화학식 | LiClO4 |
|---|---|
| 몰 질량 | 106.39 g/mol (무수물) 160.44 g/mol (삼수화물) |
| 외형 | 흰색 결정 |
| 냄새 | 무취 |
| 밀도 | 2.42 g/cm³ |
| 용해도 (물) | 42.7 g/100 mL (0 °C) 49 g/100 mL (10 °C) 59.8 g/100 mL (25 °C) 71.8 g/100 mL (40 °C) 119.5 g/100 mL (80 °C) 300 g/100 g (120 °C) |
| 다른 용매에 대한 용해도 | 알코올, 에틸 아세테이트에 용해됨 |
| 용해도 (아세톤) | 137 g/100 g |
| 용해도 (알코올) | 1.82 g/g (0 °C, CH3OH에서) 1.52 g/g (0 °C, C2H5OH에서) 1.05 g/g (25 °C, C3H7OH에서) 0.793 g/g (0 °C, C4H9OH에서) |
| 용해도 (에틸 아세테이트) | 95.2 g/100 g |
| 용해도 (에틸 에테르) | 113.7 g/100 g |
| 녹는점 | 236 °C |
| 끓는점 | 430 °C |
| 끓는점 주석 | 400 °C부터 분해됨 |
| 단위 세포당 분자 수 | 4 formula per cell |
|---|---|
| 공간군 | Pnma, No. 62 |
| 격자 상수 a | 865.7(1) pm |
| 격자 상수 b | 691.29(9) pm |
| 격자 상수 c | 483.23(6) pm |
| 배위 | 염소(Cl)에서 사면체 |
| 표준 생성 엔탈피 | -380.99 kJ/mol |
|---|---|
| 표준 생성 자유 에너지 | -254 kJ/mol |
| 엔트로피 | 125.5 J/mol·K |
| 열용량 | 105 J/mol·K |
| 안전 데이터 시트 (SDS) | MSDS |
|---|---|
| 주요 위험 | 산화제, 자극제 |
| NFPA 704 | 건강: 2 화재: 0 반응성: 0 기타: OX |
| 신호어 | 위험 |
| 다른 음이온 | 염화 리튬 차아염소산 리튬 염소산 리튬 |
|---|---|
| 다른 양이온 | 과염소산 나트륨 과염소산 칼륨 과염소산 루비듐 |
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과염소산염 -
과염소산 칼륨
과염소산 칼륨은 산화제 및 갑상선 기능 항진증 치료제로 사용되는 무색 결정 화합물로, 가열 시 산소를 발생시키며 폭죽, 뇌관 등의 제조에 사용되고 갑상선 기능 항진증 치료에 활용되지만 논란도 있다. -
과염소산염 -
과염소산 암모늄
과염소산 암모늄은 NH<sub>4</sub>ClO<sub>4</sub> 화학식을 가진 결정성 고체로, 고체 로켓 추진제의 산화제로 주로 사용되지만 가열, 충격, 마찰에 의해 폭발적으로 분해될 수 있고 연소 시 유독 물질을 배출하여 규제되는 강력한 산화제이다. -
리튬 화합물 -
유기리튬 시약
유기리튬 시약은 탄소-리튬 결합을 가진 화합물로 카를 치글러, 게오르크 비티히, 헨리 길먼 등에 의해 개발되었으며 극성을 띠는 결합과 강염기성 및 친핵성을 이용하여 유기 합성 반응에서 친핵체, 탈양성자화제, 중합 개시제 등으로 널리 쓰인다. -
리튬 화합물 -
과산화 리튬
과산화 리튬(Li<sub>2</sub>O<sub>2</sub>)은 이산화 탄소를 흡수하고 산소를 방출하는 특징으로 밀폐된 공간의 공기 정화나 리튬-공기 전지의 핵심 구성 요소로 사용되는 무기 화합물이다.
2. 화학적 특성 및 제법
과염소산 리튬(LiClO4)은 리튬의 과염소산염이다. 이 무색 또는 흰색의 결정성 고체는 주목할 만한 용해도를 가지며 다양한 용도로 활용된다. 특히 유기 용매에 대한 높은 용해도는 유기 합성 반응에서 유용하게 사용되는 특징이다. 또한, 특정 화학 반응을 통해 제조될 수 있다.
2.1. 용해도
과염소산 리튬(LiClO4)은 유기 용매, 심지어 다이에틸 에테르에도 매우 잘 녹는다. 이러한 높은 용해도로 인해 과염소산 리튬 용액은 디엘스-알더 반응에 사용된다. 이 반응에서 루이스 산성을 띠는 리튬 이온(Li+)이 다이에노필의 루이스 염기성 부위에 결합하여 반응 속도를 높이는 것으로 여겨진다.
또한 과염소산 리튬은 α,β-불포화 카르보닐 화합물과 알데히드를 결합시키는 베일리스-힐만 반응에서 공촉매로 사용되기도 한다.
고체 상태의 과염소산 리튬은 중성 조건 하에서 카르보닐 화합물의 시아노실릴화(cyanosilylation) 반응을 촉진하는 온화하면서도 효율적인 루이스 산으로 밝혀졌다.
2.2. 제법
과염소산 리튬은 과염소산 나트륨과 염화 리튬의 반응으로 제조할 수 있다. 또한 200mA/cm2의 전류 밀도에서 20°C 이상의 온도로 염소산 리튬을 전기 분해하여 제조할 수도 있다.
3. 응용 분야
과염소산 리튬(Lithium perchlorate, LiClO4)은 독특한 화학적 성질 덕분에 다양한 분야에서 활용된다. 주요 응용 분야로는 유기화학 반응에서의 촉매 역할, 리튬 이온 배터리의 전해질 성분, 고체 로켓 추진제의 산화제 및 불꽃놀이 재료, 그리고 생화학 연구에서의 카오트로피제 등이 있다. 또한 특정 조건 하에서 산소를 발생시키는 능력 때문에 화학적 산소 발생기에도 사용된다.
3.1. 화학 반응
과염소산 리튬(LiClO4)은 다이에틸 에테르와 같은 유기 용매에 매우 잘 녹는다. 이러한 용액은 디엘스-알더 반응에 사용되는데, 이때 루이스 산성을 띠는 리튬 이온(Li+)이 다이에노필의 루이스 염기성 부위에 결합하여 반응 속도를 높이는 것으로 여겨진다.
또한 과염소산 리튬은 α,β-불포화 카르보닐 화합물과 알데하이드를 결합시키는 베일리스-힐만 반응에서 공촉매로 사용되기도 한다.
고체 상태의 과염소산 리튬은 중성 조건에서 카르보닐 화합물의 시아노실릴화(cyanosilylation) 반응을 촉진하는 온화하고 효율적인 루이스 산 촉매로도 작용한다.
3.2. 로켓 추진제 및 폭죽
과염소산염은 유기화합물과 섞이면 폭발성 혼합물을 만들 수 있다. 이러한 성질을 이용하여 과염소산 리튬은 고체 로켓 추진제의 산화제로 사용된다. 또한, 불꽃놀이에서 붉은색 불꽃을 만드는 데에도 사용된다.
3.3. 배터리
과염소산 리튬은 리튬 이온 배터리의 전해질 염으로 사용된다. 특정 응용 분야에서 우수한 전기 임피던스, 전도도, 흡습성, 그리고 양극 안정성 특성이 중요할 때 육불화인산리튬 또는 사불화붕산리튬과 같은 대체 염보다 과염소산 리튬이 선택되기도 한다.
그러나 이러한 유익한 특성에도 불구하고, 과염소산 리튬은 강한 산화제 특성을 가지고 있어 단점이 있다. 고온이나 높은 전류 부하 조건에서는 전해질이 배터리 용매와 반응할 수 있다. 이러한 잠재적 위험성 때문에 과염소산 리튬을 사용한 배터리는 종종 산업용 응용 분야에는 부적합하다고 간주된다.
3.4. 생화학
과염소산 리튬의 농축 용액(4.5 mol/L)은 단백질의 변성을 위한 카오트로피제로 사용된다.