수산화 칼슘

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1. 개요

수산화 칼슘은 생석회(산화 칼슘)를 물과 반응시켜 제조하며, 고분자 구조를 갖는 무기 화합물이다. 물에 약간 용해되며, 용액은 염기성을 띤다. 석회 모르타르 제조, 수처리, 제지 산업, 농업, 식품 산업 등 다양한 분야에서 사용되며, 살균 및 중화, pH 조절 등의 용도로 활용된다. 인체에 과다 노출 시 자극 및 손상을 유발할 수 있으며, 눈에 들어갈 경우 즉시 세척하고 진료를 받아야 한다.

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수산화 칼슘 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
수산화 칼슘
IUPAC 이름	수산화 칼슘
다른 이름	소석회 석회유 수산화 칼슘(II) 절임 석회 수화 석회 포틀랜다이트 수산화 칼슘 수화물 다이하이드록시화 칼슘
식별 정보
CAS 등록번호	1305-62-0
PubChem CID	14777
ChemSpider ID	14094
UNII	PF5DZW74VN
KEGG	D01083
ChEBI	31341
RTECS	EW2800000
Gmelin	846915
InChI	1/Ca.2H2O/h;2*1H2/q+2;;/p-2
InChIKey	AXCZMVOFGPJBDE-NUQVWONBAD
SMILES	'[Ca+2].[OH-].[OH-]'
특성
화학식	Ca(OH)2
몰 질량	74.093 g/mol
외형	흰색 분말
냄새	무취
밀도	2.211 g/cm³, 고체
용해도	1.89 g/L (0 °C) 1.73 g/L (20 °C) 0.66 g/L (100 °C)
용해도 설명	(역 용해도, 즉 온도에 따라 이례적으로 감소함)
용해도곱 상수	5.02E-6
다른 용매에 대한 용해도	글리세롤 및 산에 용해됨. 에탄올에 불용성.
녹는점	580 °C (분해)
pKa	pKa1 = 12.63, pKa2 = 11.57
굴절률	1.574
자기 감수율	-22.0·10−6 cm3/mol
열화학
표준 생성 엔탈피	-987 kJ·mol−1
엔트로피	83 J·mol−1·K−1
결정 구조
결정계	육각형, 페어슨 기호 hP3
공간군	P3m1 No. 164
격자 상수 a	0.35853 nm
격자 상수 c	0.4895 nm
위험성
GHS 그림 문자	' '
신호어	위험
H 문구	''
P 문구	''
NFPA 704	건강: 3 화재: 0 반응성: 0
인화점	불연성
LD50	7340 mg/kg (경구, 쥐), 7300 mg/kg (마우스)
PEL	TWA 15 mg/m3 (총), 5 mg/m3 (호흡성)
IDLH	N.D.
REL	TWA 5 mg/m3
관련 화합물
다른 음이온	해당 없음
다른 양이온	수산화 마그네슘 수산화 스트론튬 수산화 바륨
관련 기능	염기
관련 화합물	산화 칼슘

2. 제조법

수산화 칼슘은 주로 탄화 칼슘 가수분해법과 산화 칼슘 용해법(수화법)으로 제조된다. 탄화 칼슘 가수분해법은 탄화 칼슘을 가수분해하여 아세틸렌과 수산화 칼슘을 생성하는 방법이다. 산화 칼슘 용해법은 산화 칼슘(생석회)에 물을 반응시켜 수산화 칼슘을 생성하는 방법이다.^[24] 이 외에도 가리비 껍데기를 소성·분쇄하여 소성 칼슘을 만들거나, 여기에 물을 첨가하여 수산화 칼슘을 제조하기도 한다.^[24]

2. 1. 탄화 칼슘 가수분해법

탄화 칼슘(CaC₂)을 가수분해하면 아세틸렌(C₂H₂)과 수산화 칼슘이 생성된다. 반응식은 다음과 같다.

: CaC₂ + 2 H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂ + 33.07 kcal/mole

2. 2. 산화 칼슘 용해법 (수화법)

산화 칼슘(생석회)에 물을 반응시키면 수산화 칼슘이 생성된다.^[24] 반응식은 다음과 같다.

::CaO + H₂O → Ca(OH)₂

이 반응은 수화열이 큰 발열 반응이므로, 건조제로 사용되는 생석회에 물을 첨가할 때는 주의해야 한다.^[24]

2016년 일본의 소석회(수산화 칼슘) 국내 생산량은 1342058ton, 소비량은 517767ton이었다.^[24]

2. 3. 기타 제조법

가리비 껍데기를 소성·분쇄하여 소성 칼슘을 만들거나, 여기에 물을 첨가한 것을 "가리비 칼슘(조개 껍데기 소성 칼슘)"이라는 명칭으로 판매하는 상품도 있다.^[24]

3. 성질

주사 전자 현미경(SEM) 이미지로, 경화된 시멘트 페이스트의 파단면을 보여주며, 수산화 칼슘 판과 에트린자이트의 바늘 결정(마이크론 규모)을 보여준다.

수산화 칼슘은 다른 금속 수산화물과 마찬가지로 고분자 구조를 갖는다. 이 구조는 Mg(OH)₂(''브루사이트 구조'')와 동일하며, 요오드화 카드뮴 형태이다. 층 사이에는 강한 수소 결합이 존재한다.^[10]

3. 1. 용해도

수산화 칼슘은 물에 약간 용해되며, 용해도는 온도가 낮을수록 증가한다. (0°C에서 1.89g/L, 100°C에서 0.66g/L)^[23] 25°C에서 용해도곱(K_sp)은 5.02×10^-6이다.^[1] 물에 용해되면 다음과 같이 해리되어 염기성 용액을 만든다.

: Ca(OH)₂ → Ca²⁺ + 2 OH⁻

공통 이온 효과에 의해 수산화물 이온(OH⁻) 또는 칼슘 이온(Ca²⁺)을 첨가하면 용해도가 감소한다.

수산화 칼슘은 물에 소량 용해되어 염기성을 나타내며, 포화 용액의 전리도가 0.8 정도로 높기 때문에 강염기로 분류되지만, 용해도는 알칼리 금속 등의 수산화물보다 훨씬 낮아 염기로서의 작용은 이들보다 약하다. 포화 수용액은 pH = 12.4이다. 용해도곱은 다음과 같다.

:Ca(OH)2(s) <=> Ca^{2+}(aq) + 2OH^{-}(aq),

K_\mbox{sp} = 5.5 \times 10^{-6}

또한, 물에 대한 용해열이 발열적이기 때문에 용해도는 온도가 상승하면 감소한다.

:Ca(OH)2(s) <=> Ca^{2+}(aq) + 2 OH^{-}(aq),

\mathit{\Delta} H^\circ = -16.73 \mbox{kJ mol}^{-1}

3. 2. 반응성

수산화 칼슘(Calcium hydroxide^영어)은 512°C로 가열하면 열분해되어 산화 칼슘(CaO)과 물(H₂O)로 분해된다.^[8]

: Ca(OH)₂ → CaO + H₂O

이산화 탄소(CO₂)를 석회수에 통과시키면 불용성 탄산 칼슘(CaCO₃)이 침전되어 용액이 뿌옇게 흐려진다.

: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O

과량의 CO₂를 첨가하면 Ca(HCO₃)₂이 생성되어 용액이 다시 맑아진다.

: CaCO₃ + H₂O + CO₂ → Ca(HCO₃)₂

수산화 칼슘은 알루미늄(Al)과 반응하여 수소 기체를 발생시킨다. 이 반응은 기포 콘크리트 제조에 이용된다.^[23] 수산화 칼슘은 철(Fe)과 강철 표면을 부동태화하여 부식을 방지한다.

수산화 칼슘은 염산(HCl)과 반응하여 수산화염화 칼슘(Ca(OH)Cl)을 거쳐 염화 칼슘(CaCl₂)을 생성한다.

황산염화 과정에서 이산화황(SO₂)은 석회수와 반응하여 아황산 칼슘(CaSO₃)을 생성한다.

: Ca(OH)₂ + SO₂ → CaSO₃ + H₂O

석회수는 석회 연화 과정을 통해 물의 경도를 낮추는 데 사용된다. 또한 도시 하수 처리 과정에서 중화제로 사용된다.

3. 3. 수용액의 성질

수산화 칼슘 포화 수용액은 "석회수"라고 불리며, pH가 12.4로 강염기성을 나타낸다.^[22] 포화 용액의 전리도는 약 0.8 정도로 높다. 용해도곱(K_sp)은 5.5 x 10^-6이다. 물에 대한 용해열은 발열 반응이므로, 온도가 상승하면 용해도는 감소한다.

:

\Delta H^\circ = -16.73 \mbox{kJ mol}^{-1}

수산화 칼슘을 산으로 중화한 칼슘염 수용액은 가수 분해를 거의 무시할 수 있다. 산 해리 상수(pKa)는 12.7이다. 염기 해리 상수(pKb₂)는 1.3이다.

3. 4. 구조

수산화 칼슘은 모든 금속 수산화물과 마찬가지로 고분자 구조를 갖는다. 이 구조는 Mg(OH)₂ (''브루사이트 구조'')와 동일하다. 즉, 요오드화 카드뮴 모티프이다. 층 사이에는 강한 수소 결합이 존재한다.^[10]

4. 용도

수산화 칼슘은 석회 모르타르 제조에 일반적으로 사용된다.

제지 산업에서 수산화 칼슘은 수산화 나트륨 생산 반응의 중간체로 사용된다. 이는 펄프 제조를 위한 크라프트 공정의 '가성화' 단계의 일부이다. 가성화 작업에서 소석회는 주로 회수 용광로에서 ''용융물''(탄산 나트륨과 황산 나트륨의 용융 형태)을 용해하여 생성된 그린 리커에 첨가된다.^[10]

프레스코화에서 석회수는 신선한 석고에 색을 입히는 용매로 사용되며, 역사적으로 백색 페인트로 알려져 있다. 해양 수족관에서는 산호 수족관에 칼슘과 알칼리도를 공급하는 주요 보충제로 사용되며, ''칼크바서''라고도 불린다. 또한 무두질과 양피지 제조에 사용되며, 알칼리성 특성을 이용해 털 제거제로 사용된다.^[18]

석회수로 머리카락을 처리하면 뻣뻣해지고 표백되며, 이나 진드기를 죽이는 효과도 있다. 디오도로스 시켈로스는 켈트족이 석회수로 머리를 씻어 인위적으로 표백했다고 묘사했다.

수산화 칼슘은 석회 처리라고 불리는 가죽 공정에도 사용된다. 실험실에서 암모니아를 발생시킬 때, 수산화 칼슘과 염화 암모늄을 혼합하여 가열한다.

:Ca(OH)2 + 2NH4Cl -> CaCl2 + 2NH3 + 2H2O

4. 1. 수처리

수산화 칼슘은 물 및 하수 처리에서 응집제로 사용된다. 이는 물에서 작은 입자를 제거하여 더 깨끗한 결과물을 얻을 수 있게 한다. 이러한 사용은 수산화 칼슘의 저렴한 비용과 낮은 독성으로 인해 가능하다. 또한 물의 pH를 높여 염기성 물이 산성일 때 파이프가 부식되지 않도록 하는 데에도 사용되는데, 이는 자체 조절 기능이 있어 pH를 과도하게 높이지 않기 때문이다.

강염기이지만 극약 지정은 받지 않아 산성화된 하천이나 토양의 중화제로도 사용된다.^[25]

4. 2. 농업 및 원예

과수원 작물에서 수산화 칼슘은 살균제로 사용된다. '석회수'를 사용하면 곰팡이 병원균 ''Neonectria galligena''에 의해 발생하는 궤양의 발달을 예방할 수 있다. 나무는 수산화 칼슘의 반응성이 높아 독성 화상을 방지하기 위해 겨울철 휴면기에 살포한다. 이 용도는 기본 물질 규정에 따라 유럽 연합과 영국에서 승인되었다.^[11]

수산화 칼슘은 강염기이지만 극약 지정은 받지 않아 산성화된 하천이나 토양의 중화제로 사용된다. 강염기이므로 미생물의 번식을 억제하거나 불활성화하는 성질이 있다.^[25] 페스트 유행 시에는 소석회를 집에 뿌리는 대책이 행해졌으며,^[25] 현대에도 고병원성 조류 인플루엔자나 돼지열병 등의 방역을 위해 소석회가 이용되고 있다.^[25]

4. 3. 식품 산업

수산화 칼슘은 낮은 독성과 약염기성 특성으로 인해 식품 산업에서 널리 사용된다.

미국 농무부(USDA) 인증 식품 생산 공장 및 축산 분야^[12]
설탕 산업에서 사탕수수 또는 사탕무의 원료 즙을 정화 (탄산화 참조)
알코올 음료 및 청량 음료용 물 처리
마이야르 반응 속도 증가 (프레즐)^[13]
오이 및 기타 식품 절임
중국의 삭힌 달걀 제조
옥수수 가공: 옥수수 커널의 셀룰로스 껍질 제거 (니시타말화 참조)
식품 및 의약품 용 소금 제조 시 칼슘 및 마그네슘의 탄산염 제거
오렌지 주스 및 유아용 조제분유와 같은 과일 음료의 강화 (칼슘 보충)
''파파담'' 제조 시 베이킹 소다의 대체재
조절된 대기 보관실에서 이산화탄소 제거
버섯 재배 기질 준비^[14]

석회수(수산화 칼슘)와 함께 물에 끓인 후의 건조 처리되지 않은 옥수수(왼쪽)와 처리된 옥수수(오른쪽) (옥수수 500g당 석회 15ml 또는 1큰술)

나와틀어에서 수산화 칼슘은 ''nextli''이다. ''니시타말화'' 과정에서 옥수수는 nextli와 함께 조리되어 니스타말^es (호미니)이 된다. 니스타말화는 나이아신(비타민 B₃)의 생체 이용률을 크게 높이고, 더 맛있고 소화하기 쉽게 만든다. 니스타말은 종종 ''마사'' 가루로 갈아서 토르티야와 타말레를 만드는 데 사용된다.

석회수는 옥수수 토르티야 및 기타 요리 목적으로 니시타말화 과정을 통해 옥수수를 준비하는 데 사용된다. 니시타말화는 나이아신을 영양적으로 이용 가능하게 하고 펠라그라를 예방한다.^[15]

전통적으로 석회수는 타이완과 중국에서 감을 보존하고 수렴성을 제거하는 데 사용되었다.^[16]

코카 잎을 씹을 때, 수산화 칼슘은 알칼로이드 흥분제를 화학적으로 흡수하기 쉽게 하기 위해 함께 씹는다. 아메리카 원주민들은 전통적으로 조개 껍질을 태워서 얻은 수산화 칼슘과 함께 담배 잎을 씹어 효과를 높였다. 일부 원주민 남아메리카 부족은 ''Anadenanthera'' 종의 콩으로 만든 환각성 코담배인 ''요포''의 성분으로 사용했다.^[17]

수산화 칼슘은 "판"이라고 불리는 빈랑나무 열매와 빈랑 잎 묶음에 첨가되어 알칼로이드 흥분제가 설하 흡수를 통해 혈류로 들어가도록 돕는다.

수산화 칼슘은 신선한 담배 잎, 수산화 칼슘(chuna/choona 또는 soon) 및 나무 재로 만든 씹는 담배인 ''나스워''(nass 또는 niswar)를 만드는 데 사용된다. 파슈툰족, 아프가니스탄, 파키스탄, 인도, 방글라데시에서 많이 소비된다. 아프가니스탄, 파키스탄, 인도에서는 수산화 칼슘을 사용하여 마을 사람들이 진흙집을 칠하는 데 사용한다.

곤약 응고제로도 사용된다.^[25]

4. 4. 의약품 및 치과 치료

수산화 칼슘은 주로 근관 치료 전문 분야에서 사용된다.^[25] 칼슘 보충제로 사용되며, 감염 근관 처치 시 약제로도 사용된다.^[25]

4. 5. 화학

수산화 칼슘은 강염기이지만 극약 지정은 받지 않아 산성화된 하천이나 토양의 중화제, 응집제로서 폭넓게 사용된다. 이 외에도 시약, 농업, 식품 및 화장품의 pH 조정제, 칼슘 보충제, 화학 합성 원료, 체질 안료, 살균제, 치과 치료에서의 감염 근관 처치 시의 붙이는 약제 등으로도 사용된다.^[25] 곤약의 응고제로서도 사용되고 있으며, 화력 발전소의 배기가스 중의 황산화물 제거에도 사용된다.

4. 6. 환경

수산화 칼슘은 강염기이지만 극약 지정은 받지 않아 산성화된 하천이나 토양의 중화제로 사용된다. 화력 발전소 배기가스 중의 황산화물 제거에도 사용된다.^[25]

4. 7. 기타

수산화 칼슘은 파슈툰족, 아프가니스탄, 파키스탄, 인도, 방글라데시에서 주로 사용하는 씹는 담배인 '나스워' 제조에 사용된다. 아프가니스탄, 파키스탄, 인도에서는 마을 사람들이 진흙집을 칠하는 데 사용하기도 한다.^[18]

프레스코화에서는 석회수를 신선한 석고에 색을 입히는 용매로 사용하며, 역사적으로는 백색 페인트로 알려져 있다. 해양 수족관에서는 산호 수족관에 칼슘과 알칼리도를 공급하는 주요 보충제로 사용되며, ''칼크바서''라고도 불린다. 또한 무두질과 양피지 제조에도 사용되며, 알칼리성 특성을 이용해 털 제거제로 사용된다.^[18]

석회수로 머리카락을 처리하면 뻣뻣해지고 표백되며, 이나 진드기를 죽이는 효과도 있다. 디오도로스 시켈로스는 켈트족이 석회수로 머리를 씻어 인위적으로 표백했다고 묘사했다.

수산화 칼슘은 석회 처리라고 불리는 가죽 공정에도 사용된다. 실험실에서 암모니아를 발생시킬 때, 수산화 칼슘과 염화 암모늄을 혼합하여 가열한다.

:Ca(OH)2 + 2NH4Cl -> CaCl2 + 2NH3 + 2H2O

4. 8. 과거 용도

수산화 칼슘은 강염기성으로 미생물 번식을 억제하거나 불활성화하는 성질이 있다.^[25] 중세 유럽에서는 페스트 유행 시에 소석회를 집에 뿌려 방역하는 대책이 행해졌다.^[25]

초등학교 및 중학교 등에서는 운동장에 백선을 긋는 라인 파우더로 수산화 칼슘이 사용되었다. 그러나 강염기이므로 눈에 들어가면 실명할 위험성이 있다는 이유로 2007년 11월에 문부과학성 스포츠·청소년국 학교 건강 교육 과장 명의로 통달이 내려져, 더 안전한 탄산 칼슘으로 변경되었다.^[26]

5. 인체 및 환경에 대한 영향

수산화 칼슘은 인체와 환경에 영향을 줄 수 있다. 수용액은 알칼리성을 띠므로 점막이나 피부를 자극할 수 있으며, 특히 눈에 들어가면 각막이나 결막에 손상을 일으킬 수 있다. 따라서 눈에 들어갔을 때는 즉시 흐르는 물로 충분히 씻어내고, 안과 의사의 진찰을 받아야 한다.^[23] 다량 섭취 시에는 호흡 곤란, 내출혈, 혈압 상승, 신장 기능 장애, 간 기능 장애와 같은 건강 문제를 일으킬 수 있다.^[23] 또한, Ca(OH)|2^영어와 같은 강한 염기에 노출되면 피부 화상을 입을 수 있지만, 급성 독성은 없다.^[23]

5. 1. 인체에 대한 영향

수용액은 알칼리성을 나타내므로 점막, 피부를 침범한다. 특히 눈에 들어간 경우에는 각막, 결막에 장애를 일으킬 수 있으므로, 즉시 흐르는 물로 충분히 세안하고, 긴급하게 안과 의사의 진찰을 받아야 한다.^[23]

위로 들어간 경우에는 위액으로 중화되기 때문에 인체에 미치는 영향은 적지만, 다량 섭취하면 아래와 같은 건강에 대한 영향이 있을 수 있다.^[23]

호흡 곤란
내출혈
혈압 상승
신장 기능 장애
간 기능 장애

Ca(OH)|2^영어와 같은 강력한 염기에 대한 보호되지 않은 노출은 피부 화상을 유발할 수 있지만 급성 독성은 없다.^[23]

참조

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_[32] 문서 PGCH|0092

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