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1. 개요
과염소산 암모늄(AP)은 암모니아와 과염소산의 반응으로 생성되는 무색 결정으로, 고체 연료 추진제의 주요 구성 요소이다. AP는 염화 암모늄과 과염소산 나트륨의 염 치환 반응을 통해서도 생산될 수 있다. AP는 대부분의 암모늄염과 마찬가지로 가열 시 분해되며, 강한 가열은 폭발을 일으킬 수 있다. AP는 입자 크기에 따라 산화제 또는 폭발물로 분류되며, 고체 로켓 추진제, 폭약, 접착제 등에 사용된다. AP 자체는 급성 독성이 낮지만, 만성적인 노출은 갑상선에 문제를 일으킬 수 있으며, 연소 생성물은 유해하다. AP는 GHS에 따라 규제되며, 각국에서 저장 및 운반에 대한 규제가 존재한다.
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 리튬 과염소산 리튬은 유기 용매에 잘 녹으며, 다양한 화학 반응의 촉매, 리튬 이온 배터리 전해질, 로켓 추진제, 불꽃놀이 발색제 등으로 사용되며, 유기 화합물, 환원제와 혼합 시 폭발성을 띠어 취급에 주의해야 한다.
로켓 산화제 - 액체 산소 액체 산소는 맑은 청록색을 띠는 극저온 물질로 강력한 산화제이며, 산업, 의료, 로켓 추진 등에 사용되며, 1883년 지그문트 브워블레프스키와 카롤 올셰프스키가 최초로 생산했다.
로켓 산화제 - 사산화 이질소 사산화 이질소(N₂O₄)는 이산화 질소와 화학 평형을 이루는 무색 또는 황색 액체로, 로켓 추진제의 산화제로 사용되며, 암모니아 산화, 질산과 구리 반응 등을 통해 제조된다.
폭약 - 오존화물 오존화물은 굽은 형태의 O₃⁻ 음이온을 포함하는 이온 화합물로, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과 오존의 반응 등으로 생성되며, 화학적 산소 발생기나 일중항 산소 생성 중간체로 연구되지만, 분자 오존화물은 불안정하여 트리옥솔란으로 전환되거나 물과 반응하여 분해된다.
폭약 - 피크르산 피크르산은 쓴맛을 내는 노란색 결정으로, 다양한 용도로 사용되며 충격과 마찰에 민감하여 안전에 유의해야 하는 페놀류의 일종이다.
과염소산 암모늄은 암모니아와 과염소산의 반응으로 생성된다. 이 공정은 과염소산의 산업적 생산을 위한 주요 배출구이다. 또한 암모늄염과 과염소산 나트륨의 염복분해 반응을 통해 생성될 수 있는데, 이 공정은 과염소산 나트륨 용해도의 약 10%인 NH4ClO4의 상대적으로 낮은 용해도를 이용한다. 과염소산 나트륨 수용액에 염화 암모늄을 첨가하여 석출시켜 생산할 수도 있다.
과염소산 암모늄(AP)은 암모니아와 과염소산의 반응으로 생성된다. 이 공정은 과염소산의 산업적 생산에서 주로 사용된다. 또한 암모늄염과 과염소산나트륨의 염복분해 반응을 통해서도 생성할 수 있는데, 이는 과염소산나트륨 용해도(약 10%)에 비해 NH4ClO4의 용해도가 상대적으로 낮다는 점을 이용한다.
대부분의 암모늄염과 마찬가지로 과염소산 암모늄은 녹기 전에 분해된다. 약한 가열 시 염화 수소, 질소, 산소, 물이 생성된다.
:4 NH4ClO4 → 4 HCl + 2 N2 + 5 O2 + 6 H2O
과염소산 암모늄의 연소는 매우 복잡하여 널리 연구된다. 고압 연소 과정에서는 결정 표면에 얇은 액체 층이 관찰되기도 하지만, AP 결정은 녹기 전에 분해된다. 강하게 가열하면 폭발할 수 있다. 완전 연소 후에는 잔류물이 남지 않는다. 순수한 결정은 2 MPa 이하의 압력에서는 화염을 유지할 수 없다.
과염소산 암모늄은 입자 크기가 15마이크로미터 이상이면 4급 산화제(폭발성 반응을 일으킬 수 있음)로 분류되며, 15마이크로미터 미만이면 폭발물로 분류된다.
가열하면 약 150℃에서 분해되기 시작하여 산소를 발생시키고, 400℃에서 발화한다. 분해 시 다량의 가스가 발생하므로 위험하다.
:2 NH4ClO4 → Cl2 + N2 + 2 O2 + 4 H2O
4. 용도
과염소산 암모늄의 주요 용도는 고체 연료 추진제를 만드는 것이다. AP는 연료(분말 알루미늄 및/또는 엘라스토머 바인더)와 혼합되면 대기압보다 훨씬 낮은 압력에서도 자체 연소를 생성할 수 있다. 이는 수십 년 동안 고체 로켓 추진제 (우주 발사 ( 우주왕복선 고체 로켓 부스터 포함), 군사, 아마추어, 취미 고출력 로켓 및 일부 불꽃놀이)에서 사용된 중요한 산화제이다.
제1차 세계 대전 동안 영국과 프랑스는 과염소산 암모늄을 포함한 혼합물(예: "발스틴")을 고성능 폭약의 대체품으로 사용했다.
과염소산 암모늄과 합성 고무, 금속 분말 등을 혼합하여 성형한 복합 추진제(APCP)는 로켓 엔진 추진제에 사용된다. 복합 추진제를 사용한 고체 연료 로켓의 부스터는 미국의 우주왕복선과 일본의 H-II 로켓에서 사용된다. 또한 과염소산 암모늄은 산업용 화약의 일종인 카릿의 주원료로도 사용된다.
대부분의 암모늄염과 마찬가지로 과염소산 암모늄은 녹기 전에 분해된다. 약한 가열은 염화 수소, 질소, 산소, 물을 생성한다.
: 4 NH4ClO4 → 4 HCl + 2 N2 + 5 O2 + 6 H2O
과염소산 암모늄의 연소는 매우 복잡하며 널리 연구된다. 과염소산 암모늄 결정은 고압 연소 과정에서 얇은 액체층이 결정 표면에서 관찰되었음에도 불구하고 융해되기 전에 분해된다. 강한 가열은 폭발로 이어질 수 있다. 완전한 반응은 잔류물을 남기지 않는다. 순수한 결정은 2 MPa 미만의 압력에서는 화염을 유지할 수 없다.
과염소산 암모늄은 입자 크기가 15 마이크로미터 이상일 경우 4급 산화제(폭발성 반응을 겪을 수 있음)이며, 입자 크기가 15 마이크로미터 미만일 경우 폭발물로 분류된다.
과염소산염 자체는 급성 독성을 거의 나타내지 않는다. 예를 들어, 과염소산 나트륨의 LD50은 2–4g/kg이며, 섭취 후 빠르게 배출된다. 그러나 낮은 농도에서도 과염소산염에 만성적으로 노출되면 요오드를 대체하여 갑상선에 문제를 일으키는 것으로 나타났다.
가열하면 약 150℃에서 분해를 시작하여 산소를 발생시키고, 400℃에서 발화한다. 분해 시 다량의 가스를 발생시키므로 위험하다.
: 2 NH4ClO4 → Cl2 + N2 + 2 O2 + 4 H2O
강하게 가열하면 폭발을 일으키는 경우가 있다.
GHS에서 화약류 (등급 1.1) 또는 산화성 고체 (구분 2)에 해당하며, 각국에서 저장 및 운반에 규제가 있다. (유엔 번호 0402 또는 1442). 일본에서는 선박 안전법 및 항공법에 의해 GHS에 기초한 규제가 있으며, 또한 소방법에 따른 위험물 제1류로 지정되어 있다.
연소 생성물에는 유독하고 발암성이 있으며 오존층을 파괴하고, 산성비 및 지구 온난화의 원인이 되는 염소 화합물이 포함되어 있다.
6. 환경 및 건강 문제
과염소산염 자체는 급성 독성을 거의 나타내지 않는다. 예를 들어 과염소산 나트륨의 LD50은 2–4g/kg이며, 섭취 후 빠르게 배출된다. 그러나 낮은 농도에서도 과염소산염에 만성적으로 노출되면 요오드를 대체하여 갑상선에 문제를 일으키는 것으로 나타났다.
GHS에서 화약류(등급 1.1) 또는 산화성 고체(구분 2)에 해당하며, 각국에서 저장 및 운반에 규제가 있다. (유엔 번호 0402 또는 1442). 일본에서는 선박 안전법 및 항공법에 의해 GHS에 기초한 규제가 있으며, 또한 소방법에 따른 위험물 제1류로 지정되어 있다.
연소 생성물에는 유독하고 발암성이 있으며 오존층을 파괴하고, 산성비 및 지구 온난화의 원인이 되는 염소 화합물이 포함되어 있다.
