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염화 코발트(II)

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1. 개요

염화 코발트(II)는 코발트와 염소로 이루어진 화합물로, 다양한 수화물을 형성하며 수용액의 농도와 온도에 따라 색이 변하는 특징을 가진다. 무수물은 청색, 6수화물은 적색을 띠며, 수분 지시약, 발색 안료, 비밀 잉크 등 다양한 용도로 사용된다. 염화 코발트(II)는 루이스 산으로 작용하여 착화합물을 형성하며, 다른 코발트 화합물의 전구체로 사용되기도 한다. 하지만 IARC는 염화 코발트(II)를 발암 가능 물질로 분류하며, 과다 섭취 시 심각한 건강 문제를 일으킬 수 있어 주의가 필요하다. 염화 코발트(III)는 불안정하여 염화 코발트(II)와 염소로 분해된다.

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염화 코발트(II) - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
무수물 염화 코발트(II)
무수물
육수화물 염화 코발트(II)
육수화물
무수물 염화 코발트(II)의 구조
무수물 화합물의 구조
육수화물 염화 코발트(II)의 구조
육수화물의 구조
IUPAC 명칭염화 코발트(II)
다른 이름염화 코발트
이염화 코발트
염화 코발트 뮈리아트
식별 정보
ChemSpider ID22708
UNIIEVS87XF13W
UNII (육수화물)17AVG63ZBC
InChI1/2ClH.Co/h2*1H;/q;;+2/p-2
ChEBI35696
SMILES (무수물)Cl[Co]Cl
SMILES (육수화물)Cl[Co-4](Cl)([OH2+])([OH2+])([OH2+])[OH2+].O.O
InChIKeyGVPFVAHMJGGAJG-NUQVWONBAU
표준 InChI1S/2ClH.Co/h2*1H;/q;;+2/p-2
표준 InChIKeyGVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L
CAS 등록번호7646-79-9
CAS 등록번호 (이수화물)16544-92-6
CAS 등록번호 (육수화물)7791-13-1
PubChem3032536
RTECSGF9800000
UN 번호3288
EINECS231-589-4
성질
화학식CoCl2
몰 질량 (무수물)129.839 g/mol
몰 질량 (이수화물)165.87 g/mol
몰 질량 (육수화물)237.93 g/mol
외관 (무수물)파란색 결정
외관 (이수화물)보라색-파란색
외관 (육수화물)장미색 결정
밀도 (무수물)3.356 g/cm3
밀도 (이수화물)2.477 g/cm3
밀도 (육수화물)1.924 g/cm3
용해도43.6 g/100 mL (0 °C)
용해도45 g/100 mL (7 °C)
용해도52.9 g/100 mL (20 °C)
용해도105 g/100 mL (96 °C)
다른 용매에 대한 용해도 (메탄올)38.5 g/100 mL
다른 용매에 대한 용해도 (아세톤)8.6 g/100 mL
용해도에탄올, 피리딘, 글리세롤에 용해됨
녹는점 (무수물)726 °C
녹는점 참고 (무수물)±2
녹는점 (일수화물)140 °C
녹는점 (이수화물)100 °C
녹는점 (육수화물)86 °C
끓는점1049 °C
자기 감수율+12,660·10−6 cm3/mol
구조
배위 기하 (무수물)육각형
배위 기하 (이수화물)단사정계
배위 기하 (육수화물)팔면체
결정 구조CdCl2 구조
위험성
외부 SDSICSC 0783
신호어해당 없음
NFPA 704 (보건)3
NFPA 704 (인화성)0
NFPA 704 (반응성)0
NFPA 704 (특수 위험)해당 없음
인화점불연성
LD50 (쥐, 경구)80 mg/kg
관련 화합물
다른 음이온플루오린화 코발트(II)
브로민화 코발트(II)
아이오딘화 코발트(II)
다른 양이온염화 로듐(III)
염화 이리듐(III)

2. 성질

무수 염화 코발트(II)는 상온에서 염화 카드뮴 구조를 가지며, 코발트(II) 이온은 팔면체 배위를 한다. 약 706 °C에서 배위 구조가 사면체로 바뀐다.[11] 무수물은 조해성이 있는 청색 삼방정계 결정이며, 6수화물은 담홍색 단사정계 결정이다. 물, 메탄올, 에탄올, 아세톤에 녹으면 청색 용액이 되고, 물에 녹으면 적색 용액이 된다.

무수물에서 수화물로 흡습될 때 청색에서 적색으로 색이 변하며, 물을 잃으면 다시 색이 변하는 가역적 변화를 보인다. 이러한 성질을 이용하여 실리카겔 등에 수분 지시약으로 첨가된다.

2. 1. 용해도

염화 코발트(II)는 물에 비교적 잘 녹는다. 대기압 하에서 염화 코발트(II)의 포화 용액의 질량 농도는 끓는점인 120.2 °C에서 약 54%, 51.25 °C에서 48%, 25 °C에서 35%, 0 °C에서 33%, -27.8 °C에서 29%이다.[3]

염화 코발트(II)의 묽은 수용액은 염화물 이온 외에 [Co(H₂O)₆]²⁺ 종을 포함한다. 진한 용액은 실온에서 붉은색을 띠지만 온도가 높아지면 파란색으로 변한다.[6]

2. 2. 수화물

CoCl2(H2O)2 격자의 서브 유닛


고체 6수화물(CoCl2·6H2O)의 결정 단위는 중성 분자 ''trans''-CoCl2(H2O)4과 두 분자의 결정수를 포함한다.[7] 이 물질은 물과 알코올에 쉽게 용해된다.

무수염은 조해성이며 6수화물 역시 조해성을 띈다. 2수화물(CoCl2(H2O)2)은 배위 고분자이다. 각 Co 중심은 4개의 이중 가교 염화물 리간드에 배위된다. 팔면체는 서로 ''trans''인 한 쌍의 아쿠오 리간드로 완성된다.[8]

3. 제조

염화 코발트(II)는 수용액에서 수산화 코발트(II) 또는 탄산 코발트(II)와 염산을 반응시켜 제조할 수 있다.[3]

: + 2 HCl(aq)(aq) + +

: + 2 HCl(aq)(aq) + 2

고체 이수화물과 육수화물은 증발을 통해 얻을 수 있다. 포화 수용액을 냉각하면 120.2°C와 51.25°C 사이에서는 이수화물이 생성되고, 51.25°C 이하에서는 육수화물이 생성된다. 29% 미만의 농도를 가진 용액에서는 염화 코발트 대신 물 얼음이 결정화된다. 일수화물과 무수 형태는 206°C 이상 및 335°C 이상과 같이 고압에서만 용액을 냉각시켜 얻을 수 있다.[3]

무수 화합물은 수화물을 가열하여 제조할 수 있다.[9]

빠른 가열 또는 밀폐된 용기에서 6-, 2-, 및 1- 수화물 각각은 다음 하위 수화물과 포화 용액의 혼합물로 부분적으로 녹는다. 각각 51.25°C, 206°C, 및 335°C에서[3] 개방된 용기에서 천천히 가열하면 고체 위의 수증기압이 거의 0이므로 고체 6-, 2-, 및 1- 수화물 각각에서 물이 증발하여 약 40°C, 89°C, 및 125°C에서 다음 하위 수화물을 남긴다. 고압 용기가 아닌 밀폐된 용기와 같이 수증기의 부분 압력이 고체와 평형을 이루는 경우, 분해는 각각 약 115°C, 145°C, 및 195°C에서 발생한다.[3]

탈수는 트리메틸실릴 클로라이드로 수행할 수도 있다.[10]

:•6 + 12 → + 6 + 12 HCl

무수 화합물은 진공에서 승화하여 정제할 수 있다.[11]

4. 반응

실험실에서 염화 코발트(II)는 다른 코발트 화합물을 만드는데 사용된다. 염화 코발트(II)의 묽은 수용액은 음이온에 관계없이 이온으로 구성되어 있어 다른 코발트(II) 염과 비슷하게 반응한다. 예를 들어, 황화 코발트(CoS)와 황화 수소(H₂S)를 반응시키면 침전물이 생긴다.

탄산 코발트(CoCO3)나 Co(OH)2 같은 2가 코발트 염을 농염산에 녹인 후 용매를 증발시켜 만들 수 있다.

:CoCO3\ + 2HCl -> CoCl2\ + H2O\ + CO2

:Co(OH)2\ + 2HCl -> CoCl2\ + 2H2O

금속 코발트염소를 직접 반응시켜서 만들 수도 있다.

:Co\ + Cl2 -> CoCl2

4. 1. 착화합물 형성

염화 코발트(II)는 루이스 산으로 작용하여 다양한 착화합물을 형성한다. 피리딘(C₅H₅N)과 반응하여 팔면체 착물 [CoCl₂(C₅H₅N)₄]을 형성한다.[12]

:CoCl₂·6H₂O + 4 C₅H₅N → CoCl₂(C₅H₅N)₄ + 6 H₂O

트리페닐포스핀(P(C₆H₅)₃)과 반응하여 사면체 착물 [CoCl₂(P(C₆H₅)₃)₂]을 형성한다.

:CoCl₂·6H₂O + 2 P(C₆H₅)₃ → CoCl₂[P(C₆H₅)₃]₂ + 6 H₂O

테트라에틸암모늄 클로라이드를 사용하여 음이온 착물 [CoCl₄]²⁻ 염을 제조할 수 있다.[13]

:CoCl₂ + 2 [(C₂H₅)₄N]Cl → [(C₂H₅)₄N)]₂[CoCl₄]

사염화코발트(II)산 이온 [CoCl₄]²⁻는 수화된 염화 코발트 수용액에 염산을 첨가하면 형성되는 파란색 이온이며, 원래의 수용액은 분홍색이다.

4. 2. 산화/환원 반응

무수 염화 코발트(II)는 사이클로펜타다이에나이드 나트륨과 반응하여 코발토센(Co(C₅H₅)₂)을 생성한다. 코발토센은 전자가 19개여서 좋은 환원제로 작용하며, 쉽게 산화되어 노란색의 18 전자 코발토세늄 양이온([Co(C₅H₅)₂]⁺)을 생성한다.

1-노보르닐리튬과 펜테인 용매에서 염화 코발트(II)·THF의 반응은 갈색의 열적으로 안정한 테트라키스(1-노보르닐)코발트(IV)를 생성한다.[15][16] 이는 안정적인 전이 금속/포화 알케인 화합물의 희귀한 예시이다.[4] 다른 용매에서는 다른 생성물이 얻어진다.[17]

노르보르닐 음이온을 가진 코발트(IV) 배위 착물의 구조

5. 용도

수분을 감지하는 실리카겔의 짙은 푸른색은 염화 코발트 때문입니다. 수화되면 색상이 연한 분홍색/자주색으로 바뀝니다.


염화 코발트(II)는 수화 상태에 따라 색이 변하는 성질을 가지고 있다. 이러한 성질을 이용하여 실리카겔 등에 수분 지시약으로 사용된다. 건조 시에는 푸른색을 띠지만, 수분을 흡수하면 분홍색으로 변한다.[18]

  • '''비밀 잉크:''' 염화 코발트(II) 용액은 보이지 않지만, 열을 가하면 파란색으로 변하는 성질을 이용하여 비밀 잉크로 사용될 수 있다.[24]
  • '''기타:''' 발색 안료, 유리 및 도자기 착색, 맥주 거품 안정제, 식물 섭취 물질 조사, 비타민 B12 원료 등으로 사용된다. 또한, 적혈구 생성과 같은 저산소증 유사 반응을 유도하거나,[25] 동물에게 폐동맥 고혈압을 유발하는 데 사용되기도 한다. 오스트레일리아 경주마 협회에서는 염화 코발트(II)를 금지 물질로 지정하였다.[26]

6. 안전성

코발트는 대부분의 고등 생명체에 필수적이지만, 하루에 몇 밀리그램 이상 섭취하면 해롭다. 코발트 화합물로 인한 중독은 드물지만, 만성적인 섭취는 치사량보다 훨씬 적은 양에서도 심각한 건강 문제를 일으킨다. 1966년, 캐나다에서 맥주 거품을 안정시키기 위해 코발트 화합물을 첨가한 것이 독소 유발 심근증의 원인이 되었고, 이는 '맥주 애호가 심근증'으로 알려지게 되었다.[19][20][21]

염화 코발트(II)는 국제 암 연구소(IARC)의 IARC 발암성 분류(IARC Monographs)에 따라 을 유발할 가능성이 있는 발암 물질(IARC Group 2B)로 의심된다.[22]

2005-06년에 염화 코발트(II)는 첩포 검사에서 여덟 번째로 흔한 알레르겐이었다(8.4%).[23]

7. 염화 코발트(III)

'''염화 코발트(III)'''(えんかコバルト さん|, Cobalt(III) chloride일본어)는 +3가의 코발트 염화물로, 화학식 CoCl3로 나타낸다. 짙은 녹색 결정이지만 불안정하여 쉽게 불균등화되어 염화 코발트(II)염소로 분해된다.

:2CoCl3 -> 2CoCl2\ + Cl2

참조

[1] 웹사이트 Cobalt muriate, CAS Number: 7646-79-9 http://www.chemindus[...] 2018-04-19
[2] 문서 Santa Cruz Biotechnology: Cobalt(II) chloride http://datasheets.sc[...]
[3] 논문 Equilibres solide ⇄ liquide ⇆ vapeur du systeme binaire 1977
[4] 서적 Chemistry of the Elements Butterworth-Heinemann
[5] 논문 The vapor pressure of cobalt dichloride 1977
[6] 간행물 The Merck Index Merck & Co 1960
[7] 서적 Structural Inorganic Chemistry https://archive.org/[...] Clarendon Press 1984
[8] 논문 Crystal structures of manganese(II) and iron(II) chloride dihydrate
[9] 간행물 Cobalt and Cobalt Compounds Wiley-VCH 2005
[10] 서적 Inorganic Syntheses 2007
[11] 논문 Melting and high-temperature solid state transitions in cobalt(II) halides 2007
[12] 논문 Crystal and Molecular Structures of trans-Tetrakis(pyridine)dichloroiron(II), -Nickel(II), and -Cobalt(II) and trans-Tetrakis(pyridine)dichloroiron(II) Monohydrate
[13] 서적 Inorganic Syntheses
[14] 간행물 Handbook of Chemistry and Physics CRC Press 1990
[15] 논문 Transition metal bicyclo[2.2.1]hept-1-yls
[16] 논문 Tetrakis(1-norbornyl)cobalt, a low spin tetrahedral complex of a first row transition metal
[17] 논문 Synthesis, characterization, and electron-transfer reactivity of norbornyl complexes of cobalt in unusually high oxidation states
[18] 논문 The use of cobalt salts as indicators of humidity and moisture https://onlinelibrar[...] 1945-02
[19] 논문 Quebec beer-drinkers' cardiomyopathy: Clinical and hemodynamic aspects 1969
[20] 논문 Cobalt 1999
[21] 문서 11.1.5 The unusual type of myocardiopathy recognized in 1965 and 1966 in Quebec (Canada), Minneapolis (Minnesota), Leuven (Belgium), and Omaha (Nebraska) was associated with episodes of acute heart failure (e/g/, 50 deaths among 112 beer drinkers). https://pubchem.ncbi[...]
[22] PDF http://publications.[...]
[23] 문서 Patch-test results of the North American Contact Dermatitis Group 2005–2006 2009-05
[24] 웹사이트 Making invisible ink https://edu.rsc.org/[...] Royal Society of Chemistry 2023-04-07
[25] 논문 Cobalt chloride administration in athletes: a new perspective in blood doping? 2005-11
[26] 뉴스 Cobalt crisis turns the eyes of the world onto Australian racing https://www.smh.com.[...] 2015-02-06
[27] 웹인용 Cobalt muriate, CAS Number: 7646-79-9 http://www.chemindus[...] 2018-04-19
[28] 논문 Melting and high-temperature solid state transitions in cobalt(II) halides 2007
[29] 문서 Santa Cruz Biotechnology: Cobalt(II) chloride http://datasheets.sc[...]
[30] 논문 Equilibres solide ⇄ liquide ⇆ vapeur du systeme binaire 1977
[31] 서적 Chemistry of the Elements Butterworth-Heinemann



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