염화 은

3. 제법

염화 은은 은 이온(Ag⁺)과 염화물 이온(Cl⁻)이 반응하여 생성되는 침전물이다. 알짜 이온 반응식은 다음과 같다.^[3][4]

Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) → AgCl(s)

염화 은은 대부분의 염화물 염과는 달리 용해도가 매우 낮다는 특징이 있다. 이 성질을 이용하여 염 치환 반응으로 쉽게 합성할 수 있다. 예를 들어, 용해성인 질산 은 수용액에 염화 나트륨이나 염화 코발트(II)와 같은 가용성 염화물 염 용액을 첨가하면 염화 은이 즉시 침전된다. 이 방법은 산업적으로 염화 은을 생산하는 데 사용된다.^[3][4]

AgNO₃ + NaCl → AgCl(s) + NaNO₃

2 AgNO₃ + CoCl₂ → 2 AgCl(s) + Co(NO₃)₂

또한, 은 금속을 염소 기체와 직접 반응시켜 염화 은을 얻을 수도 있다.^[4][5]

2Ag + Cl₂ → 2AgCl

다른 생성 방법으로는 은 금속과 왕수의 반응이 있지만, 생성된 염화 은이 잘 녹지 않아 반응 표면을 덮어버리기 때문에 반응 속도가 느리다. 염화 은은 은 금속을 고온에서 염소 기체와 반응시키는 밀러 공정의 부산물로도 얻어진다.^[4][5]

염화 은 생성 반응은 용액 속의 염화물 이온이나 은 이온의 존재를 확인하는 정성 분석이나 그 양을 측정하는 정량 분석에 이용된다.

4. 구조

고체 상태의 염화 은은 ''fcc'' NaCl 구조를 가진다. 이 구조에서 각 Ag⁺ 이온은 6개의 염화물 리간드로 이루어진 팔면체 구조에 둘러싸여 있다. AgF와 AgBr도 염화 은과 유사한 결정 구조를 가진다.^[10]

그러나 염화 은의 결정학적 특성은 결정화 조건, 특히 용액 내 자유 은 이온의 농도에 따라 달라질 수 있다. 왼쪽 그림에서 보이는 결정의 회색조와 금속성 광택은 부분적으로 환원된 은 입자 때문에 나타나는 현상이다.^[11]

염화 은은 고압 조건에서 상전이를 일으킨다. 압력이 7.5 GPa 이상이 되면 단사정계 구조(KOH 상)로 변하며, 11 GPa 이상의 압력에서는 사방정계 구조(TlI 상)로 다시 한번 상이 변한다.^[2]

염화 은 결정의 격자 상수는 a = 5.54 Å이며, Ag-Cl 결합 거리는 2.77 Å이다.^[31]

5. 화학적 성질

• 알짜 이온 반응식: Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) → AgCl(s)
• 전체 반응식 예시:
• AgNO₃(aq) + NaCl(aq) → AgCl(s)↓ + NaNO₃(aq)
• 2AgNO₃(aq) + CoCl₂(aq) → 2AgCl(s)↓ + Co(NO₃)₂(aq)

• AgCl(s) + Cl⁻(aq) ⇌ [AgCl₂]⁻(aq) (진한 염산 또는 염수)^[28]
• AgCl(s) + 2CN⁻(aq) ⇌ [Ag(CN)₂]⁻(aq) + Cl⁻(aq)^[4][28]
• AgCl(s) + 2S₂O₃²⁻(aq) ⇌ [Ag(S₂O₃)₂]³⁻(aq) + Cl⁻(aq)^[4][28]
• AgCl(s) + 2NH₃(aq) ⇌ [Ag(NH₃)₂]⁺(aq) + Cl⁻(aq)^[4][28]

• AgCl(s) + Ag⁺(aq) ⇌ [Ag₂Cl]⁺(aq)
• [Ag₂Cl]⁺(aq) + Ag⁺(aq) ⇌ [Ag₃Cl]²⁺(aq)

• 3AgCl(s) + Na₃AsO₃(aq) → Ag₃AsO₃(s) + 3NaCl(aq)
• 3AgCl(s) + Na₃AsO₄(aq) → Ag₃AsO₄(s) + 3NaCl(aq)

• 광분해 과정:

6. 물리적 성질

염화 은(AgCl)은 흰색의 결정성 고체이다.

고체 상태에서는 ''fcc'' 구조의 염화 나트륨(NaCl)과 같은 결정 구조를 가진다. 각 은(Ag⁺) 이온은 6개의 염화물(Cl⁻) 리간드로 이루어진 팔면체 구조에 둘러싸여 있다. AgF와 AgBr도 유사한 구조로 결정화된다.^[10] 그러나 실제 결정 구조는 결정화 조건, 특히 자유 은 이온 농도에 따라 달라질 수 있다. 사진에서 보이는 회색조와 금속성 광택은 부분적으로 환원된 은 때문이다.^[11] 7.5GPa 이상의 고압 조건에서는 단사정계 KOH 구조로 상전이하며, 11GPa 이상에서는 사방정계 TlI 구조로 다시 변한다.^[2]

물에 대한 용해도가 매우 낮다. 용해도 곱(''K''_sp)은 실온에서 1.77 × 10⁻¹⁰으로, 이는 물 1리터당 약 1.9mg(즉, √(1.77 × 10⁻¹⁰) mol)의 AgCl만 용해됨을 의미한다.^[1] 수용액에서는 거의 이온화되지 않는 약전해질이며^[28] 난용성이기 때문에 쉽게 침전된다. 염화물 이온에 대한 은(I) 이온의 착물 생성 상수는 10^3.04이다.^[29] 용해도곱 반응식은 다음과 같다.^[30]

: AgCl(s) ⇌ Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq), ''K''_sp = 1.6 × 10⁻¹⁰

무색의 수용성 질산 은 용액에 무색의 염화 나트륨 용액을 첨가하면 불투명한 흰색 침전물인 AgCl이 생성되는 반응은 매우 잘 알려져 있다:^[14]

: Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) → AgCl(s)

이 반응은 용액 내 염화물 이온 존재 여부를 확인하는 일반적인 시험법이며, 침전이 눈에 잘 띄므로 은량법 적정에 쉽게 사용된다.^[12] AgCl은 물에 거의 녹지 않고 흡습성이 없어, 침전된 AgCl의 무게를 측정하여 수용액의 염화물 함량을 정량적으로 결정하는 데 편리하게 사용된다. 브로민화물과 아이오딘화물 이온은 이 시험을 방해할 수 있다(할로겐화 은 참조). AgBr(''K''_sp = 5.2 × 10⁻¹³)과 AgI(''K''_sp = 8.3 × 10⁻¹⁷)은 AgCl보다 용해도가 더 낮다.^[1][4]

배위자 역할을 하는 이온이나 분자가 존재하면 용해도가 증가한다. 티오황산 이온(S₂O₃²⁻), 시안화물 이온(CN⁻), 암모니아(NH₃)와 반응하여 각각 다음과 같은 착이온을 형성하며 용해된다.

: AgCl + 2S₂O₃²⁻ ⇌ [Ag(S₂O₃)₂]³⁻ + Cl⁻

: AgCl + 2CN⁻ ⇌ [Ag(CN)₂]⁻ + Cl⁻

: AgCl + 2NH₃ ⇌ [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl⁻

또한, 진한 식염수나 염산에서도 착 이온 [AgCl₂]⁻을 형성하며 용해되고, 진한 질산은(I) 또는 과염소산은(I)과 같은 은염 수용액에서도 [Ag₂Cl]⁺, [Ag₃Cl]²⁺ 등의 착 이온을 형성하여 용해도가 다소 증가한다.^[28]

염화 은은 감광성이 있어 빛, 특히 햇빛이나 자외선에 노출되면 염소 원소와 금속 은으로 분해되어 보라색을 거쳐 점차 검게 변한다. 이 반응은 사진 및 필름에 사용된다.^[5]

: Cl⁻ + ''hν'' → Cl + e⁻ (염화물 이온이 빛 에너지를 흡수하여 여기되고, 전자를 내놓음)

: Ag⁺ + e⁻ → Ag (은 이온이 전자를 얻어 금속 은 원자가 됨)

이 과정은 비가역적인데, 생성된 은 원자가 주로 결정 결함이나 불순물 위치에 포획되어 안정화되기 때문이다.^[5] 브롬화 은과 요오드화 은은 염화 은보다 감광성이 더 크다.^[1][4]

녹는점은 455°C이다. 녹인 염화 은을 냉각시켜 얻은 고체는 이온 결정임에도 소성 변형이 가능한 특징을 보인다. 또한, 고체 상태에서 전기 전도성을 나타낸다. Ag-Cl 결합은 기본적으로 이온 결합이지만, 어느 정도 공유 결합성도 가지고 있다.

7. 용도

염화 은(AgCl)은 빛에 노출되면 은(Ag)이 분리되어 검게 변하는 성질을 가지고 있어, 사진술 초창기부터 중요한 감광 재료로 사용되었다. 요한 하인리히 슐체가 질산 은을 이용해 처음 사진 이미지를 만들려 시도했고^[8], 이후 니세포르 니에프스가 1816년 염화 은을 사진술에 도입했다.^[4][9] 염화 은은 다게레오타입 감광 과정에서 은판을 염소로 처리하여 얇은 염화 은 층을 만드는 데 필수적이었으며^[16], 젤라틴에 염화 은 결정을 넣어 이미지를 만드는 젤라틴 실버 공정에도 사용되었다.^[17] 사진 인화지 제작에도 사용되어, 빛(광자)에 반응하여 잠상을 형성하는 데 이용된다. 현대의 컬러 사진에서는 주로 빛 에너지를 유기 염료로 변환하는 매개체 역할을 한다.^[18]

전기화학 분야에서는 염화 은 전극의 핵심 구성 요소로 사용된다. 이 전극은 특정 농도의 염화물 용액 속에서 고체 은과 염화 은 사이의 평형을 이용하는 가역적인 산화 환원 전극이다. pH 미터의 내부 기준 전극이나 환원 전위 측정을 위한 기준 전극으로 널리 쓰이며, 특히 해수 환경에서 음극 방지 부식 제어 시스템을 시험할 때 가장 흔하게 사용되는 기준 전극 중 하나이다.^[15]

염화 은은 빛에 의해 은으로 환원되었다가 다시 염화 은으로 돌아갈 수 있는 가역적인 성질을 이용하여 변색 렌즈 제작에도 사용된다. 이는 주로 선글라스에 적용되어 빛의 양에 따라 렌즈의 색 농도가 변하게 한다.^[19][4]

나노입자 형태의 염화 은은 항균제로서 상업적으로 널리 활용된다.^[12][20] 항균 활성은 입자 크기(일반적으로 100 nm 미만)에 따라 달라지며, 대장균을 포함한 다양한 세균에 효과를 보인다.^[21] 이러한 나노입자는 은 이온과 염화물 이온의 반응이나, 균류 및 식물을 이용한 생물학적 방법으로 합성될 수 있다.^[21][22]

그 외에도 염화 은은 다양한 용도로 사용된다.

• 도자기 유약: 낮은 용해도를 이용하여 '잉글레이즈 광택'을 내는 데 첨가된다.
• 수은 중독 해독제: 체내 수은 제거를 돕는다.
• 붕대 및 상처 치료 제품: 항균 특성을 활용하여 의료용품에 사용된다.^[4]
• 스테인드 글라스: 유리에 노란색, 호박색, 갈색 등의 색조를 내는 데 사용된다.^[23]
• 적외선 광학 부품: 적외선을 잘 투과시키는 성질을 이용하여 창문이나 렌즈 형태로 가공하여 사용한다.^[24]

8. 안전성

ECHA에 따르면 염화 은은 태아에게 손상을 입힐 수 있으며, 수생 생물에 매우 유독하며 장기적인 영향을 미치고, 금속에 대해 부식성을 가질 수 있다.^[26]

참조

_[1] 서적 CRC Handbook of Chemistry and Physics CRC Press 2018-06-18
_[2] 간행물 Pressure-induced phase transitions in AgCl, AgBr, and AgI APS 1999
_[3] 서적 Chemical Principles 6th Ed. Houghton Mifflin Company
_[4] 백과사전 Silver, Silver Compounds, and Silver Alloys 2008
_[5] 서적 Chemistry of the Elements Butterworth-Heinemann 1997
_[6] 서적 The history of the discovery of photography Arno Press 1973
_[7] 서적 Encyclopedia of Nineteenth-Century Photography Taylor & Francis 2008
_[8] 서적 Silver https://books.google[...] Marshall Cavendish 2013-07-28
_[9] 웹사이트 Niépce House Museum: Invention of Photography: 1816-1818, Niépce's first tries https://photo-museum[...] 2024-02-23
_[10] 서적 Structural Inorganic Chemistry Oxford: Clarendon Press 1984
_[11] 간행물 Mass crystallization of silver chloride microcrystals 1998
_[12] 서적 Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology
_[13] 서적 Chemistry of Arsenic, Antimony and Bismuth Blackie Academic and Professional 1998
_[14] 웹사이트 TEST METHOD FOR TOTAL CHLORINE IN NEW AND USED PETROLEUM PRODUCTS BY OXIDATIVE COMBUSTION AND MICROCOULOMETRY http://www.epa.gov/s[...] 1994-09
_[15] 간행물 Standard potential of the silver-silver chloride electrode http://www.iupac.org[...] 1978
_[16] 웹사이트 The Daguerreotype Process https://www.photohis[...] 2023-06-19
_[17] 웹사이트 SILVER GELATIN https://www.getty.ed[...] Getty 2023-06-19
_[18] 서적 Chemistry and Technology of Printing and Imaging Systems Springer, Dordrecht 1996
_[19] 서적 Encyclopedia of Physical Science and Technology https://doi.org/10.1[...] Academic Press 2023-06-20
_[20] 웹사이트 CVS Health Anti-Microbial Silver Wound Gel https://www.cvs.com/[...] 2024-02-25
_[21] 간행물 Antimicrobial activity of biogenic silver nanoparticles, and silver chloride nanoparticles: an overview and comments 2016
_[22] 간행물 Antimicrobial Silver Chloride Nanoparticles Stabilized with Chitosan Oligomer for the Healing of Burns 2016
_[23] 간행물 The Conservation of Stained Glass 1975
_[24] 웹사이트 Silver Chloride (AgCl) Optical Material https://www.crystran[...] 2019-12-04
_[25] 웹사이트 Chlorargyrite https://www.mindat.o[...] 2023-06-07
_[26] 웹사이트 Brief Profile - ECHA https://echa.europa.[...] 2024-03-27
_[27] 문서 The NBS tables of chemical thermodynamics properties 1982
_[28] 문서 コットン・ウィルキンソン無機化学 培風館 1987
_[29] 문서 化学便覧 基礎編　改訂4版 丸善 1993
_[30] 문서 基礎分析化学 三共出版 1982
_[31] 문서 化学大辞典 共立出版 1993
_[32] 서적 Chemical Principles 6th Ed. https://archive.org/[...] Houghton Mifflin Company