염화 금산
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1. 개요
염화 금산은 일반적으로 사수화물(HAuCl₄·4H₂O) 형태로 존재하는 금의 화합물이다. 물, 에테르, 알코올에 잘 녹으며, 테트라클로로도금(III)산 이온([AuCl₄]⁻)을 생성한다. 조해성이 있으며, 가열 시 염화 금(III)과 염화 수소로 분해된다. 왕수에 금을 녹이거나, 금속 금의 전기 분해, 염화 금(III)을 염산에 녹여 결정화하는 방법으로 제조한다. 금 정제, 금 나노입자 제조, 조직학적 염색, 사진 인화 토닝 등에 사용되며, 피부와 점막에 자극을 주는 부식성 물질로, 대한민국에서는 독극물로 지정되어 있다.
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염화 금산 - [화학 물질]에 관한 문서 | |
---|---|
식별 정보 | |
CAS 등록번호 | 16903-35-8 |
CAS 등록번호 (삼수화물) | 16961-25-4 |
UNII | 8H372EGX3V |
UNII (삼수화물) | 31KV0KH4AY |
PubChem CID | 28133 |
EINECS 번호 | 240-948-4 |
ChemSpider ID | 26171 |
InChI | 1/Au.4ClH.Na/h;4*1H;/q+3;;;;;+1/p-4/rAuCl4.Na/c2-1(3,4)5;/q-1;+1 |
InChIKey | IXPWAPCEBHEFOV-ACHCXQQJAP |
표준 InChI | 1S/Au.4ClH/h;4*1H/q+3;;;;/p-3 |
표준 InChIKey | VDLSFRRYNGEBEJ-UHFFFAOYSA-K |
SMILES | [H+].Cl[Au-](Cl)(Cl)Cl |
성질 | |
화학식 | HAuCl₄ |
몰 질량 (무수물) | 339.785 g/mol |
몰 질량 (삼수화물) | 393.833 g/mol |
몰 질량 (사수화물) | 411.85 g/mol |
겉모습 | 오렌지-노란색의 바늘 모양 흡습성 결정 |
밀도 (무수물) | 3.9 g/cm³ |
밀도 (사수화물) | 2.89 g/cm³ |
녹는점 | 254 °C (분해) |
용해도 (물) | HAuCl₄ 350 g / H₂O 100 g |
용해도 (기타) | 에탄올(알코올), 에스테르, 다이에틸 에터(에테르), 케톤에 용해됨 |
LogP | 2.67510 |
짝염기 | 테트라클로로금(III)산 이온 |
구조 | |
결정 구조 | 단사정계 |
위험성 | |
신호어 | 위험 |
NFPA 704 | 건강: 3 화재: 0 반응성: 1 |
관련 화합물 | |
관련 음이온 | 테트라브로모금산 |
관련 화합물 | 염화 금(III) |
기타 명칭 | |
기타 명칭 | 수소 테트라클로로금산 수소 테트라클로로금산(III) 클로로금산 테트라클로로금(III)산 오로클로르산 오라트(1−), 테트라클로로-, 수소, (SP-4-1)- 수소 오리클로라이드 갈색 금 염화물 |
이미지 | |
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2. 성질
염화 금산은 주로 사수화물(HAuCl₄·4H₂O) 형태로 존재하며, 옅은 노란색 바늘 모양 결정(H₃O⁺AuCl₄⁻·3H₂O)이다.[2][3] 물에 잘 녹아 노란색의 테트라클로로금(III)산 이온([AuCl₄]⁻)을 생성하며, 에테르, 알코올에도 용해된다.[23] [AuCl₄]⁻는 4개의 배위 결합을 갖는 평면 사각형 구조를 가진다.[23] 조해성이 있고, 가열하면 분해되어 염화 금(III)과 염화 수소를 생성한다. 수용액은 주황색을 띠지만, 빛을 쬐면 분해되어 표면에 보라색 금 콜로이드를 석출한다.
고체 염화 금산은 친수성 이온성 양성자성 용질이다. 물, 알코올, 에스터, 에테르, 케톤 등 산소를 함유한 용매에 잘 녹는다. 무수 디부틸 에테르나 디에틸렌 글리콜에서의 용해도는 1M을 초과한다.[16][17][3] 염화 금산은 강한 일양성자산이다.
[AuCl₄]⁻는 가수분해되기 쉽다.[4] 알칼리 금속 염기로 처리하면 금(III) 수산화물로 전환된다.[5]
2. 1. 구조
사면체 수화물은 [H₅O₂]⁺[AuCl₄]⁻ 및 두 개의 물 분자로 결정화된다.[2][3] H[AuCl₄] 및 [AuCl₄]⁻ 음이온에서 금의 산화 상태는 +3이다. H[AuCl₄] (테트라클로로아우르산(III))의 염은 [AuCl₄]⁻ 음이온(테트라클로로아우르산(III) 음이온)을 포함하는 테트라클로로아우르산염(III)이며, 정사각형 평면 구조를 갖는다. Au–Cl 결합 길이는 약 2.28 Å이다. 다른 d⁸ 착물들, 예를 들어 테트라클로로팔라디네이트(II) ([PtCl₄]²⁻)도 유사한 구조를 갖는다.2. 2. 용해성
고체 염화 금산은 친수성(이온성) 양성자성 용질이다. 물과 알코올, 에스터, 에테르, 케톤과 같은 다른 산소 함유 용매에 잘 녹는다. 예를 들어, 무수 디부틸 에테르 또는 디에틸렌 글리콜에서 용해도는 1M을 초과한다.[16][17][3] 유기 용매의 포화 용액은 종종 특정 화학량론의 액체 용매화물이다. 염화금산은 강한 일양성자산이다.2. 3. 물리적 성질
염화 금산은 일반적으로 사수화물 HAuCl₄·4H₂O 형태로 존재하며, 옥소늄 이온을 포함하는 옅은 노란색 바늘 모양 결정(H₃O⁺AuCl₄⁻·3H₂O)이다.[2][3] 물에 잘 녹으며, 노란색의 테트라클로로금(III)산 이온([AuCl₄]⁻)을 생성한다. 에테르, 알코올에도 녹는다. 테트라클로로금(III)산 이온([AuCl₄]⁻)은 4개의 배위 결합을 갖는 평면 사각형 구조를 가진다.[23] 조해성이 있으며, 가열하면 분해되어 염화 금(III)과 염화 수소를 생성한다. 수용액은 주황색을 띠지만, 빛을 쬐면 분해되어 표면에 보라색 금 콜로이드를 석출한다. 사면체 수화물은 oxonium ion|옥소늄 이온영어([H₅O₂]⁺[AuCl₄]⁻) 및 두 개의 물 분자로 결정화된다.[2][3]2. 4. 화학 반응
[AuCl₄]⁻는 가수분해되기 쉽다.[4] 알칼리 금속 염기로 처리하면 금(III) 수산화물로 전환된다.[5] 관련 탈륨 염(Tl|[AuCl₄]⁻영어)은 모든 비반응성 용매에 잘 녹지 않는다. 4급 암모늄 양이온의 염이 알려져 있다.[6] 다른 복잡한 염으로는 [Au(비피리딘)Cl₂]⁺[AuCl₄]⁻][7] 와 [Co(NH₃)₆]³⁺[AuCl₄]⁻(Cl⁻)₂가 있다.금산(III)산의 부분 환원은 옥소늄 디클로리도아우레이트(1−)를 생성한다.[8] 환원은 특히 유기 리간드를 사용하여 다른 금(I) 착물을 생성할 수도 있다. 종종 리간드는 티오요소(CS(NH2)2|티오우레아한국어)에서 예시된 것처럼 환원제 역할을 한다. 반응식은 다음과 같다.
:[AuCl₄]⁻ + 3 CS(NH₂)₂ + H₂O → [Au(CS(NH₂)₂)₂]⁺ + CO(NH₂)₂ + S + 2 Cl⁻ + 2 HCl
금산(III)산은 광물 지지체에 침전시켜 금 나노입자를 만드는 전구체이다.[9] 염소 기류에서 H[AuCl₄]·nH₂O를 가열하면 염화 금(III)(Au₂Cl₆)가 생성된다.[10] 금 나노 구조는 성장하는 핵에 자기 조립된 티올 단층막이 동시에 부착됨으로써 금속 클러스터가 모이는 2상 산화환원 반응에서 금산(III)산으로부터 만들 수 있다. [AuCl₄]⁻는 사염화옥타데실암모늄 브로마이드를 사용하여 수용액에서 톨루엔으로 이동한 다음 티올 존재 하에 수용성 보로하이드라이드나트륨으로 환원된다.[11]
3. 제법
일반적으로 금을 왕수에 용해시킨 뒤 용액을 증발시켜서 만든다.[27]
:HNO3 + 3HCl → NOCl + Cl2 + 2H2O
:Au + NOCl + Cl2 → AuCl3 + NO
:AuCl3 + HCl → HAuCl4
:Au + HNO3 + 4HCl → HAuCl4 + NO + 2H2O
위 반응으로 만들어지는 것이 염화 금산이다. 염화 금산은 금을 왕수(진한 질산과 염산의 혼합물)에 용해한 후 용액을 주의 깊게 증발시켜 생산한다.[12][13]
어떤 조건에서는 산소를 산화제로 사용할 수 있다.[14] 효율을 높이기 위해 이러한 과정은 오토클레이브에서 수행되는데, 이는 온도와 압력을 더 잘 제어할 수 있게 해준다. 또는, H[AuCl4] 용액은 염산에서 금속 금을 전기 분해하여 생산할 수 있다.
:2 Au(s) + 8 HCl(aq) → 2 H[AuCl4](aq) + 3 H2(g)
음극에 금이 침착되는 것을 방지하기 위해, 전기 분해는 막이 장착된 전지에서 수행된다. 이 방법은 금을 정제하는 데 사용된다. 일부 금은 [AuCl2]− 형태로 용액에 남아있다.[15]
또한, 금을 왕수에 녹여 얻을 수도 있고, 염화 금(III)(AuCl3)을 염산에 녹여 결정화시켜 얻을 수도 있다.[22]
:Au + NOCl + Cl2 + HCl → H[AuCl4] + NO
:AuCl3 + HCl → H[AuCl4]
4. 용도
염화 금산은 금 정제 과정에서 전기분해에 사용되는 전구체이다.[16][17][18] 전기분해를 통해 고순도의 금을 생산할 때 전해질로 사용되거나 금 나노입자를 만드는 원료로도 사용된다.
액체-액체 추출법을 이용하여 염화 금산을 회수, 농축, 정제하고, 금을 분석할 수 있다. 알코올, 케톤, 에테르, 에스터와 같은 산소 함유 추출제를 사용하여 염산 매질에서 H[AuCl4]|H[AuCl4]영어를 추출하는 것이 매우 중요하다. 추출물에서 금(III)의 농도는 1 mol/L을 초과할 수 있다. 이러한 목적으로 자주 사용되는 추출제는 디부틸 글리콜, 메틸 이소부틸 케톤, 트리부틸 포스페이트, 디클로로디에틸 에테르(클로렉스)이다.[19]
조직학에서 염화 금산은 "갈색 염화금"으로 알려져 있으며, 그 나트륨염 Na[AuCl4]|Na[AuCl4]영어 (테트라클로로아우레이트(III)나트륨)은 "염화금", "염화금나트륨" 또는 "황색 염화금"으로 불린다. 나트륨염은 조직 절편의 광학적 선명도를 향상시키기 위해 "토닝"이라는 과정에서 은으로 염색된 조직 절편에 사용된다.[20]
사진에서 염화 금산은 금 토닝제로 사용될 수 있다.[21]
5. 안전성
금염산은 눈, 피부 및 점막을 강하게 자극하는 물질이다. 피부가 장시간 금염산에 접촉하면 조직이 파괴될 수 있다. 농축된 금염산은 피부에 부식성이 있어 피부 화상, 영구적인 눈 손상 및 점막 자극을 유발할 수 있으므로 주의해서 다루어야 한다. 이 화합물을 다룰 때는 장갑을 착용해야 한다.
금은 다른 금속에 비해 화합물의 종류가 매우 적고, 금의 고귀한 이미지 때문에 다른 물질과 반응하지 않는 특별한 물질이라고 생각되는 경우가 많다. 그래서 “금은 인체에 아무런 영향을 미치지 않고, 화합물에도 유독한 것은 없다”고 생각하기 쉽지만, 이것은 중대한 오류이다. 무기금염류는 강한 산화 작용과 부식성을 가지며, 대한민국에서는 독극물 및 마약류 관리에 관한 법률에 따라 독극물로 지정되어 있다.[24][25] 따라서 무기금염류의 일종인 테트라클로리도금(III)산도 독극물로 지정되어 있다.[25]
테트라클로리도금(III)산을 흡입하면 코, 목, 기관지의 점막을 자극한다.[25] 피부에 닿았을 경우, 방치하면 피부에 붉은 반점이 생긴다.[25] 눈에 들어갔을 경우에는 점막을 심하게 자극한다.[25]
참조
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웹사이트
hydrogen tetrachloroaurate(iii)_msds
https://www.chemsrc.[...]
[2]
논문
Example of the [H5O2]+ ion. Neutron diffraction study of tetrachloroauric acid tetrahydrate
[3]
논문
Nuclear Magnetic Resonance of the Aquated Proton. II. Chloroauric Acid Tetrahydrate. Phase Transitions and Molecular Motion
1971
[4]
논문
Studies on the reactions of [AuCl4]− with different nucleophiles in aqueous solution
1999-02-22
[5]
논문
Structure of a Gold(III) Hydroxide and Determination of Its Solubility
The Chemical Society of Japan
2016-11-15
[6]
논문
Solid contact [AuCl4]−-selective electrode and its application for evaluation of gold(III) in solutions
[7]
논문
Equilibria of the substitution of pyridine, 2,2′-bipyridyl, and 1,10-phenanthroline for Cl− in AuCl4− in aqueous solution
2001
[8]
논문
A reexamination of active and passive tumor targeting by using rod-shaped gold nanocrystals and covalently conjugated peptide ligands
ACS Publications
2010-10-26
[9]
논문
Direct Synthesis of Amides from Alcohols and Amines with Liberation of H2
[10]
서적
A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry
https://archive.org/[...]
1946
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논문
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서적
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논문
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Gold refining by solvent extraction—the minataur process
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[20]
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