염소산염
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1. 개요
염소산염은 +5 산화 상태의 염소를 포함하는 옥시음이온(ClO₃⁻)을 지칭하며, 여러 공명 구조의 혼성체로 표현된다. 금속 수산화물에 염소 기체를 첨가하거나, 염화 나트륨 수용액의 전기 분해를 통해 제조할 수 있다. 자연적으로도 발생하며, 건조하고 극건조한 지역에서 높은 농도로 발견된다. 염소산염은 비교적 독성이 강하며, 대한민국에서는 위험물 및 극물로 지정되어 법적으로 규제받고 있다.
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| 염소산염 - [화학 물질]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 화학식 | ClO₃⁻ |
| 몰 질량 | 83.4512 |
| 다른 이름 | 염소산(V) |
| ChemSpider ID | 94578 |
| Gmelin | 1491 |
| PubChem | 104770 |
| UN 번호 | 1461 |
| UNII | 08Z8093742 |
| SMILES | O=Cl(=O)[O-] |
| StdInChI | 1S/ClHO3/c2-1(3)4/h(H,2,3,4)/p-1 |
| StdInChIKey | XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M |
| 성질 | |
| 외형 | 해당 사항 없음 |
| 밀도 | 해당 사항 없음 |
| 용해도 | 해당 사항 없음 |
| pKa | 해당 사항 없음 |
| 구조 | |
| 분자 모양 | 삼각뿔 분자 기하 |
| 쌍극자 모멘트 | 해당 사항 없음 |
 | |
| |
| 위험성 | |
| 주요 위험 | 산화제 |
| 관련 화합물 | |
| 다른 음이온 | 브롬산염 아이오딘산염 |
| 다른 화합물 | 염화물 차아염소산염 아염소산염 과염소산염 |
2. 구조 및 결합
염소산염 이온은 루이스 구조 하나로만 표현할 수는 없는데, 이는 모든 Cl-O 결합의 길이가 같고 (염소산 칼륨에서 1.49 Å[6]) 염소 원자가 초원자가분자의 형태이기 때문이다. 대신 여러 개의 공명 구조로 표현할 수 있다.
금속 염소산염은 가열된 수산화물 금속에 염소를 첨가하여 얻을 수 있다. 예를 들어 염소산 칼륨은 다음과 같이 생성된다.
3. 제조
:
3. 1. 실험실 제법
금속 염소산염은 뜨거운 금속 수산화물에 염소 기체를 첨가하여 제조할 수 있다. 예를 들어 KOH을 사용하면 다음과 같은 반응이 일어난다.
:3 Cl2 + 6 KOH → 5 KCl + KClO3 + 3 H2O
이 반응에서 염소는 불균등화 반응을 거치며, 환원과 산화가 모두 일어난다. 염소(산화수 0)는 염화물 Cl- (산화수 -1)과 염소산염(V) (ClO3-, 산화수 +5)을 생성한다. 차가운 수용액 상태의 금속 수산화물과 염소의 반응은 대신 염화물과 차아염소산염(산화수 +1)을 생성한다.
3. 2. 산업적 제법
산업 규모의 염소산 나트륨 합성은 염화 나트륨 수용액(소금물)의 전기분해를 통해 이루어진다. 이 공정은 클로르알칼리 공정의 일부이다.[1] 반응은 50°C~70°C에서 진행된다.[1]
금속 염소산염은 가열된 금속의 수산화물에 염소를 첨가하여 얻을 수 있다. 예를 들어 염소산 칼륨은 다음과 같이 생성된다.[1]
: 3 Cl2 + 6 KOH → 5 KCl + KClO3 + 3 H2O
4. 자연 발생
2010년 연구에서 전 세계적으로 자연 염소산염 퇴적물이 발견되었으며, 특히 건조하고 극건조한 지역에서 비교적 높은 농도가 나타났다.[2] 염소산염은 강수량 샘플에서도 측정되었으며, 그 양은 과염소산염과 유사했다. 염소산염과 과염소산염은 공통적인 자연 형성 메커니즘을 공유하며 염소 생지화학 사이클의 일부일 수 있다는 의심이 제기되었다. 미생물학적 관점에서 볼 때, 자연 염소산염의 존재는 염소산염을 염화물로 환원할 수 있는 다양한 미생물이 존재하는 이유를 설명할 수도 있다. 또한, 염소산염 환원의 진화는 현재까지 기술된 모든 과염소산염 환원 박테리아가 염소산염을 최종 전자 수용체로 사용한다는 점에서 고대 현상일 수 있다.[3] 현재까지 염소산염이 주를 이루는 광물은 알려져 있지 않다. 이는 염소산염 음이온이 알려진 광물 종에서 치환 형태로만 존재하거나, 결국에는 공극 충전 용액에 존재함을 의미한다.[4]
2011년, 조지아 공과대학교의 연구에서 화성에서 염소산 마그네슘의 존재가 밝혀졌다.[5]
5. 화합물
6. 다른 옥시음이온
차아염소산염은 염소산염(I)이라고도 하며, +1의 산화 상태를 가지고 화학식은 ClO−이다. 아염소산염은 염소산염(III)이라고도 하며, +3의 산화 상태를 가지고 화학식은 ClO2-이다. 염소산염은 염소산염(V)라고도 하며, +5의 산화 상태를 가지고 화학식은 ClO3-이다. 과염소산염은 염소산염(VII)이라고도 하며, +7의 산화 상태를 가지고 화학식은 ClO4-이다.
일반적으로 "염소산염"은 +5 산화 상태의 염소만을 지칭한다.
7. 독성 및 규제
염소산염은 비교적 독성이 강하지만, 환원되면 일반적으로 무해한 염화물을 생성한다.[1] 최근 환경부의 규제 대상으로 추가된 무기계, 소독 부산물인 클로레이트 및 브로메이트의 생성에 따른 문제점이 언급되고 있다.[2]
GHS에서의 산화성 고체(구분 2)에 해당하며, 각국에서 저장 및 운반에 규제가 있다(유엔 번호 1479).[1] 일본에서는 선박 안전법 및 항공법에 의해 GHS에 따른 규제가 있으며, 또한 소방법에 근거한 위험물 제1류 및 독물 및 극물 취급 규제법에 근거한 극물로 지정되어 있다.[1] 그 외에, 노동 안전 위생법, 대기 오염 방지법 등에도 규정이 있다.[1]
7. 1. 독성
염소산염은 비교적 독성이 강하지만, 환원되면 일반적으로 무해한 염화물을 생성한다.[1] 최근 환경부의 규제 대상으로 추가된 무기계, 소독 부산물인 클로레이트 및 브로메이트의 생성에 따른 문제점이 언급되고 있다.[2]7. 2. 대한민국 법규
대한민국에서는 소방법에 근거한 위험물 제1류 및 독물 및 극물 취급 규제법에 근거한 극물로 지정되어 있다.[1] 그 외에, 노동 안전 위생법, 대기 오염 방지법 등에도 규정이 있다.[1]7. 3. 국제 규제
GHS에서의 산화성 고체(구분 2)에 해당하며, 각국에서 저장 및 운반에 규제가 있다(유엔 번호 1479). 일본에서는 선박 안전법 및 항공법에 의해 GHS에 따른 규제가 있으며, 또한 소방법에 근거한 위험물 제1류 및 독물 및 극물 취급 규제법에 근거한 극물로 지정되어 있다. 그 외에, 노동 안전 위생법, 대기 오염 방지법 등에도 규정이 있다.참조
[1]
논문
The structure of potassium chlorate at 77 and 298 K
[2]
논문
Natural Chlorate in the Environment: Application of a New IC-ESI/MS/MS Method with a Cl18O3− Internal Standard
[3]
논문
Microbial perchlorate reduction: rocket-fuelled metabolism
[4]
웹사이트
Home
http://www.mindat.or[...]
[5]
뉴스
De l'EAU liquide répérée sur les pentes martiennes
https://www.letemps.[...]
2015-09-28
[6]
저널
The structure of potassium chlorate at 77 and 298 K
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