다이크로뮴산 나트륨
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1. 개요
다이크로뮴산 나트륨은 산화 크롬(III)을 함유한 광석에서 대규모로 생산되는 무기 화합물이다. 이 화합물은 탄산 나트륨과 같은 염기를 사용하여 약 1000°C에서 광석을 용융하여 제조하며, 생성된 크롬산염을 산성화하여 다이크로뮴산염을 얻는다. 다이크로뮴산 나트륨은 산화제로, 유기 합성에 사용되어 벤질릭 및 알릴릭 C-H 결합을 카르보닐 유도체로 산화시키거나 2차 알코올을 케톤으로 산화시키는 데 사용된다. 또한 가죽 태닝 및 플루오렌을 플루오레논으로 변환하는 데에도 활용된다. 다이크로뮴산 나트륨은 6가 크롬 화합물로 발암성이 있으며, 부식성이 있어 심각한 눈 손상을 유발할 수 있으며, 대한민국 환경부는 이 물질을 유해 물질로 지정하여 관리하고 있다.
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| 다이크로뮴산 나트륨 - [화학 물질]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
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| IUPAC 이름 | 이크로뮴산 나트륨 |
| 다른 이름 | 크롬산 이나트륨 염 |
| 화학식 | Na₂Cr₂O₇ |
| 몰 질량 | 261.97 g/mol (무수물) |
| 외형 | 밝은 주황색 |
| 냄새 | 무취 |
| 성질 | |
| 밀도 | 2.52 g/cm³ |
| 용해도 | 25°C에서 73 g/100 mL |
| 다른 용매 용해도 | 메탄올, 에탄올에 용해됨 |
| 녹는점 | 356.7 °C |
| 끓는점 | 400 °C (분해) |
| 굴절률 | 1.661 (이수화물) |
| 위험성 | |
| GHS 신호어 | 경고 |
| NFPA 704 | NFPA-H: 4 NFPA-F: 0 NFPA-R: 1 NFPA-S: OX |
| LD50 | 50 mg/kg |
| ICSC | ICSC 1369 |
| 식별 정보 | |
| CAS 등록번호 | 10588-01-9 |
| CAS 등록번호 (이수화물) | 7789-12-0 |
| ChemSpider ID | 23723 |
| Gmelin | 21597 |
| ChEBI | 39483 |
| EINECS | 234-190-3 |
| PubChem | 25408 |
| RTECS | HX7750000 |
| RTECS (이수화물) | HX7750000 |
| UN 번호 | 3288 |
| UNII | C9G6VY6ZZ4 |
| UNII (이수화물) | 52125XYY2A |
| SMILES | [Na+].[Na+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O |
| 표준 InChI | 1S/2Cr.2Na.7O/q;;2*+1;;;;;;2*-1 |
| 표준 InChIKey | KIEOKOFEPABQKJ-UHFFFAOYSA-N |
| InChI | 1/2Cr.2Na.7O/q;;2*+1;;;;;;2*-1/rCr2O7.2Na/c3-1(4,5)9-2(6,7)8;;/q-2;2*+1 |
| InChIKey | KIEOKOFEPABQKJ-RXLKZJBDAW |
| 관련 화합물 | |
| 다른 음이온 | 크롬산 나트륨 몰리브덴산 나트륨 텅스텐산 나트륨 |
| 다른 양이온 | 다이크로뮴산 칼륨 다이크로뮴산 암모늄 |
2. 제조
다이크로뮴산 나트륨은 주로 크롬(III) 산화물을 포함하는 광석으로부터 대규모로 생산된다. 광석을 탄산 나트륨과 같은 염기와 함께 고온(약 1000°C)에서 공기(산소)와 반응시켜 수용성인 크롬산 나트륨(Na2CrO4)으로 만든다. 이 과정에서 광석 내 다른 성분인 알루미늄이나 철 화합물은 용해도가 낮아 대부분 분리된다. 생성된 크롬산 나트륨 수용액을 황산이나 이산화 탄소로 산성화하면 다이크로뮴산 나트륨(Na2Cr2O7) 용액이 얻어진다. 이후 용액을 냉각하거나 농축하여 결정화시키면 주로 이수화물(Na2Cr2O7·2H2O) 형태로 분리되며, 이러한 방식으로 매년 수백만 킬로그램의 다이크로뮴산 나트륨이 생산된다.[1]
크롬(VI) 화합물은 인체에 유해하며, 특히 먼지 형태로 흡입할 경우 독성이 강하다. 따라서 다이크로뮴산 나트륨 생산 공장은 엄격한 환경 및 안전 규제를 받는다. 예를 들어, 공장에서 배출되는 폐수에 포함된 유해한 크롬(VI)은 환경오염을 방지하기 위해 환원제를 사용하여 독성이 비교적 낮은 크롬(III)으로 전환시키는 정화 과정을 거친다.[1] 다이크로뮴산 나트륨은 온도 조건에 따라 이수화물 외에도 다양한 수화물 형태로 존재할 수 있으며, 62°C 이상에서는 결정수를 잃고 무수물이 된다.
2. 1. 생산 과정
다이크로뮴산 나트륨은 주로 크롬(III) 산화물(Cr2O3)을 포함하는 광석으로부터 대규모로 생산된다. 생산 과정은 다음과 같다.1. 크롬산 나트륨 생성: 크롬 광석을 공기(산소 공급원)가 있는 환경에서 약 1000°C의 온도로 염기, 주로 탄산 나트륨(Na2CO3)과 함께 녹인다(용융). 이 과정에서 크롬(III) 산화물은 산화되어 수용성인 크롬산 나트륨(Na2CrO4)으로 전환된다.
2Cr2O3 + 4Na2CO3 + 3O2 → 4Na2CrO4 + 4CO2
이 단계에서 광석에 포함된 알루미늄이나 철 화합물과 같은 다른 성분들은 용해도가 낮아 대부분 녹지 않는다.
2. 다이크로뮴산 나트륨 생성: 생성된 크롬산 나트륨을 뜨거운 물로 추출한 뒤, 얻어진 수용액을 황산(H2SO4)이나 이산화 탄소(CO2)를 이용하여 산성화한다. 이 과정을 통해 크롬산 나트륨은 다이크로뮴산 나트륨(Na2Cr2O7)으로 전환된다.
2Na2CrO4 + 2CO2 + H2O → Na2Cr2O7 + 2NaHCO3
2Na2CrO4 + H2SO4 → Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O
3. 결정화: 다이크로뮴산 나트륨 용액을 냉각하거나 농축하면 다이크로뮴산 나트륨 이수화물(Na2Cr2O7·2H2O) 결정으로 분리된다. 이 방법으로 매년 수백만 킬로그램의 다이크로뮴산 나트륨이 생산된다.[1] 일반적으로 30°C에서 35°C 사이에서 결정화가 이루어진다.
다이크로뮴산 나트륨은 다양한 수화물 형태로 존재한다. 가장 흔한 것은 이수화물이지만, 19.5°C 미만에서는 십수화물(Na2Cr2O7·10H2O)이 생성되며, 육수화물과 사수화물도 알려져 있다. 62°C 이상의 온도에서는 결정수를 잃고 무수물 상태가 된다.
크롬(VI) 화합물은 특히 먼지 형태로 흡입할 경우 독성이 강하기 때문에, 다이크로뮴산 나트륨 생산 공장은 엄격한 환경 및 안전 규제를 받는다. 예를 들어, 공장에서 배출되는 폐수에는 환원제를 사용하여 유해한 크롬(VI)을 환경에 비교적 덜 해로운 크롬(III) 상태로 환원시키는 처리를 거친다.[1]
2. 2. 환경 규제
크롬(VI) 화합물은 독성이 있으며, 특히 먼지 형태로 존재할 때 그 위험성이 크다.[1] 이 때문에 다이크로뮴산 나트륨을 생산하거나 취급하는 공장은 엄격한 규제를 받는다. 예를 들어, 생산 공정에서 발생하는 폐수에는 유해한 크롬(VI)이 포함될 수 있으므로, 이를 정화하기 위한 특별한 처리가 필요하다. 폐수 처리 과정에서는 주로 환원제를 사용하여 크롬(VI)을 독성이 적은 크롬(III)으로 전환시킨 후 배출한다.[1]3. 반응
다이크로뮴산염과 크롬산염은 산화제이다. 가죽 태닝에 사용될 때는 먼저 이산화 황으로 환원된다.
유기 합성 분야에서는 강력한 산화제로 작용하여 다양한 유기 화합물을 산화시키는 데 사용된다.[2][10] 예를 들어 특정 탄소-수소 결합이나 알코올 등을 산화시킬 수 있다.[3][11][4][12][5][13][6][14]
육가 크롬 도금에서는 황산에 의해 크롬산(실질적으로 산화 크롬(VI))으로 변환되어 사용된다.
3. 1. 유기 합성
유기 합성 분야에서 다이크로뮴산 나트륨은 산화제로 사용된다.[2][10] 이 화합물은 벤질릭 및 알릴릭 C-H 결합을 카르보닐 유도체로 산화시킨다. 예를 들어, 2,4,6-트리니트로톨루엔은 대응하는 카르복실산으로 산화되며,[3][11] 2,3-디메틸나프탈렌은 Na2Cr2O7에 의해 2,3-나프탈렌디카르복실산으로 산화된다.[4][12]2차 알코올은 해당 케톤으로 산화된다. 예를 들어, 멘톨은 멘톤으로 산화되고,[5][13] 디히드로콜레스테롤은 콜레스타논으로 산화된다.[6][14] 이 반응의 일반식은 다음과 같다.
: 3 R2CHOH + Cr2O72− + 2 H+ → 3 R2C=O + Cr2O3 + 4 H2O
또한, 다이크로뮴산 나트륨은 플루오렌을 플루오레논으로 변환하는 데 사용될 수 있다.
칼륨 염에 비해 다이크로뮴산 나트륨의 주요 장점은 물 및 아세트산과 같은 극성 용매에 대한 용해도가 더 크다는 것이다.
3. 2. 가죽 태닝
가죽 태닝 과정에서 다이크로뮴산 나트륨은 먼저 이산화 황으로 환원되어 사용된다.3. 3. 기타 반응
다이크로뮴산염과 크롬산염은 산화제로 작용한다. 가죽 태닝에서는 다이크로뮴산 나트륨이 먼저 이산화 황으로 환원된다.유기 합성 분야에서,[2][10] 이 화합물은 벤질릭 및 알릴릭 C-H 결합을 카르보닐 유도체로 산화시킨다. 예를 들어, 2,4,6-트리니트로톨루엔은 해당 카르복실산으로 산화되며,[3][11] 2,3-디메틸나프탈렌은 Na2Cr2O7에 의해 2,3-나프탈렌디카르복실산으로 산화된다.[4][12]
2차 알코올은 해당 케톤으로 산화된다. 예를 들어, 멘톨은 멘톤으로,[5][13] 디히드로콜레스테롤은 콜레스타논으로 산화된다:[6][14]
: 3 R2CHOH + Cr2O72− + 2 H+ → 3 R2C=O + Cr2O3 + 4 H2O
육가 크롬 도금에서는 크롬산염이 황산에 의해 크롬산(실질적으로 산화 크롬(VI))으로 변환된다.
다이크로뮴산 나트륨은 플루오렌을 플루오레논으로 변환하는 데 사용될 수 있다.
칼륨 염에 비해 다이크로뮴산 나트륨의 주요 장점은 물 및 아세트산과 같은 극성 용매에 대한 용해도가 더 크다는 것이다.
4. 안전성
모든 6가 크롬 화합물과 마찬가지로, 다이크로뮴산 나트륨은 유해한 것으로 간주된다.[7][15] 이 화합물은 발암 물질이며[16][7][15] 부식성을 가지고 있다.[17][8]
4. 1. 인체 유해성
6가 크롬 화합물인 다이크로뮴산 나트륨은 인체에 유해한 것으로 알려져 있다.[7][15] 이 화합물은 발암 물질이며[16][7][15], 부식성을 가지고 있어 노출될 경우 심각한 눈 손상이나 실명을 유발할 수 있다.[17][8] 또한 인체 노출 시 생식 능력 저하, 유전적 손상, 태아 손상을 일으킬 수 있다.[8]4. 2. 한국의 규제
다이크로뮴산 나트륨은 6가 크롬 화합물 중 하나로, 인체에 유해한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 대표적인 발암 물질로 분류되며[7][15][16], 부식성이 강하여 노출될 경우 심각한 눈 손상이나 실명을 초래할 수 있다.[8][17] 또한 인체에 노출되면 생식 능력 저하, 유전적 손상, 태아 발달 저해 등 심각한 건강 문제를 일으킬 수 있는 위험 물질이다.[7]5. 수화물
다이크로뮴산 나트륨은 다양한 형태의 수화물로 존재한다. 알려진 수화물로는 십수화물(Na2Cr2O7·10H2O), 육수화물(Na2Cr2O7·6H2O), 사수화물(Na2Cr2O7·4H2O), 이수화물(Na2Cr2O7·2H2O) 등이 있다.[1][9] 이 중 십수화물은 19.5°C 미만의 온도에서 안정하며, 62°C 이상의 온도에서는 모든 수화물이 결합수를 잃고 무수물(Na2Cr2O7) 상태가 된다.[1][9]
참조
[1]
간행물
Chromium Compounds
Wiley-VCH, Weinheim
[2]
서적
Sodium Dichromate
J. Wiley & Sons, New York
[3]
문헌
2,4,6-Trinitrobenzoic Acid
[4]
문헌
2,3-Naphthalenedicarboxylic Acid
[5]
문헌
"''l''-Menthone"
[6]
문헌
Cholestanone
[7]
서적
Volume 100C: Arsenic, Metals, Fibres, and Dusts
https://publications[...]
International Agency for Research on Cancer
2020-01-05
[8]
웹사이트
ILO 1369 - Sodium Dichromate
http://www.inchem.or[...]
2011-07-23
[9]
간행물
Chromium Compounds
Wiley-VCH, Weinheim
[10]
서적
Sodium Dichromate
J. Wiley & Sons, New York
[11]
문헌
2,4,6-Trinitrobenzoic Acid
[12]
문헌
2,3-Naphthalenedicarboxylic Acid
[13]
문헌
"''l''-Menthone"
[14]
문헌
Cholestanone
[15]
웹사이트
ILO 1369 - Sodium Dichromate
https://www.ilo.org/[...]
[16]
서적
Volume 100C: Arsenic, Metals, Fibres, and Dusts
https://publications[...]
International Agency for Research on Cancer
2020-01-05
[17]
웹인용
ILO 1369 - Sodium Dichromate
http://www.inchem.or[...]
2011-07-23
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