질산 나트륨

3. 성질

조해성이 있으며 열수에는 잘 녹지만, 온도가 내려감에 따라 물에 대한 용해도는 감소한다. 수용액은 중성을 나타낸다. 무수 메탄올에는 약간 녹지만, 에탄올에는 거의 녹지 않는다.

4. 합성

질산 나트륨은 질산을 탄산 나트륨, 탄산수소 나트륨, 수산화 나트륨으로 중화시키거나, 질산 암모늄과 수산화 나트륨, 탄산수소 나트륨, 탄산 나트륨을 섞어 만들 수 있다.

4. 1. 질산과 탄산나트륨/탄산수소나트륨의 중화 반응

4. 2. 질산과 수산화나트륨의 중화 반응

4. 3. 질산암모늄과 수산화나트륨/탄산수소나트륨/탄산나트륨의 반응

4. 4. 염화나트륨과 질산은의 반응

5. 용도

질산 나트륨은 주로 비료로 사용되며, 물에 잘 녹는 형태의 질소를 공급한다. 고소득 국가를 제외한 지역에서 주로 사용되는데, 토양의 pH를 변화시키지 않는다는 장점이 있다. 폭발물에서 질산암모늄의 보완제로 사용되는 것도 주요 용도 중 하나이다. 용융된 질산나트륨과 질산칼륨 용액은 600 °C까지 우수한 열 안정성과 높은 열용량을 가지고 있어, 금속 열처리 및 태양열 응용 분야에서 열에너지를 저장하는 데 적합하다.^[10]

질산 나트륨은 식품 첨가물로도 사용되며, 가공육과 가금류의 방부제 및 발색제 역할을 한다. INS 번호 251 또는 E 번호 E251로 표기된다. 유럽연합,^[11] 미국,^[12] 그리고 호주와 뉴질랜드^[13]에서 사용이 승인되었다. 질산 나트륨은 델리미트 등에 사용되는 또 다른 일반적인 식품 첨가물이자 방부제인 아질산 나트륨과 혼동해서는 안 된다.

질산 나트륨은 178 J/g의 비교적 높은 융해 엔탈피 때문에 열에너지 회수를 위한 상변화 물질로도 연구되어 왔다.^[14][15] 질산 나트륨을 이용한 열에너지 저장의 응용 사례로는 태양열 발전 기술과 직접 증기 발생 파라볼릭 트로프가 있다.^[14]

질산 나트륨은 강철 코팅 공정에서 자철석 층 표면을 형성하는 데 사용된다.^[16]

그 외에도 성냥이나 담배의 연소 보조제, 폭약의 성분, 비료, 로켓의 고체 추진제, 유리나 도자기의 광택제·유약이나 소포제, 태양열 발전 등의 축열 매체 등으로 사용된다. 또한 식품의 방부제로서 식품 첨가물에 사용되는 것 외에, 잎채소류에 많이 포함되어 있으며, 조류 배양액용으로 사용되는 경우도 있다.

6. 칠레초석

19세기부터 20세기 초 프리츠 하버와 칼 보슈라는 독일 화학자들이 하버-보슈법을 통해 대기에서 암모니아를 산업 규모로 생산하는 방법을 개발하기 전까지, 1세기가 넘도록 세계의 질산 나트륨 공급은 거의 전적으로 칠레 북부의 아타카마 사막에서 채굴되었다.^[4][5] 자연적으로 생성되는 질산나트륨의 가장 큰 매장량은 칠레와 페루에서 발견된다.^[8]

칠레는 태평양 전쟁(1879~1884)에서 페루와 볼리비아 연합군과 싸워 가장 풍부한 질산나트륨 매장지를 장악했다. 제1차 세계 대전이 시작되면서 독일은 하버-보슈법으로 얻은 암모니아를 합성 '칠레 초석'으로 전환하기 시작했는데, 이는 화약 및 기타 군수품 생산에 있어 천연 화합물만큼 실용적이었다. 1940년대까지 이러한 전환 과정은 천연 자원에서 조달된 질산나트륨에 대한 수요를 급격히 감소시켰다.

칠레는 여전히 칼리체 매장량이 가장 많으며, 발디비아, 마리아 엘레나 및 팜파 블랑카와 같은 지역에 활성 광산이 있다.^[4][5] 과거에는 '백색의 금'이라고 불리기도 했다. 질산나트륨, 질산칼륨, 황산나트륨 및 요오드는 모두 칼리체를 가공하여 얻는다. 험버스톤과 산타 라우라의 전 칠레 질산염 채굴 공동체는 2005년 유네스코 세계유산으로 지정되었다.

7. 건강 문제

연구에 따르면 질산염 수치 증가와 알츠하이머병, 당뇨병, 위암, 파킨슨병 등 특정 질병으로 인한 사망자 수 증가 사이에 연관성이 있는 것으로 나타났다. 이는 아마도 니트로사민이 DNA에 미치는 손상 효과 때문일 수 있다.^[17] 질산 나트륨과 아질산나트륨이 함유된 가공육에서 생성되는 니트로사민은 위암과 식도암과 관련이 있다.^[18] 질산 나트륨과 아질산 나트륨은 대장암 위험 증가와 관련이 있다.^[19]

최근 수십 년 동안 가공육이 결장암 위험을 증가시키며 그 원인이 질산염 함량 때문이라는 이론을 뒷받침하는 상당한 증거가 존재한다. 보존제로 고기에 첨가되는 소량의 질산염은 아질산염으로 분해되는데, 이는 첨가될 수 있는 아질산염 외에도 추가적으로 발생한다. 그런 다음 아질산염은 단백질이 풍부한 식품(예: 고기)과 반응하여 발암성 NOC(니트로소 화합물)를 생성한다. NOC는 고기가 숙성될 때 또는 고기가 소화될 때 신체에서 형성될 수 있다.^[20]

그러나 가공육에는 섬유질, 비타민 또는 식물성 항산화 물질이 없고, 나트륨 함량이 높으며, 지방 함량이 높을 수 있으며, 종종 니트로사민으로 단백질이 분해될 만큼 충분히 높은 온도에서 튀기거나 조리된다. 질산염은 모든 포유류의 생존에 필요한 일차 혈관계 신호 전달에서 중요한 중간체이자 효과기이다.^[21]

고기에 포함된 헴철은 발암성이 있는 니트로소아민 생성을 촉진하며, 특히 가공육에서는 아질산나트륨과 질산 나트륨이 이를 생성한다.^[22] 세계보건기구(WHO) 산하 연구기관인 국제암연구소(IARC)는 가공육을 발암성이 명확한 1군 발암물질로 지정하고 있다.^[22]

8. 관련 법규 (대한민국)

9. 생산

과거 미쓰비시케미칼(三菱ケミカル)은 질산 나트륨을 생산했지만, 2020년 4월에 생산을 중단했다.^[1] 현재 대한민국은 질산 나트륨을 주로 수입하며, 특히 칠레, 한국, 중국산 수입이 많다.^[1]

참조

_[1] 서적 CRC Handbook of Chemistry and Physics https://books.google[...] CRC Press 2016-06-22
_[2] 웹사이트 Sodium nitrate https://pubchem.ncbi[...] null
_[3] 서적 Chemical Principles 6th Ed Houghton Mifflin Company
_[4] 웹사이트 The Nitrate Towns of Chile https://www.atlasobs[...]
_[5] 뉴스 The ghost towns of northern Chile https://www.washingt[...] 2012-10-26
_[6] 간행물 Några sidor af den kemiska industrien https://runeberg.org[...] 1914
_[7] 서적 Uppfinningarnas bok https://runeberg.org[...] 1873
_[8] 서적 A Most Damnable Invention: Dynamite, Nitrates, and the Making of the Modern World Macmillan
_[9] 학회발표 On the Origin of Saltpeter, Northern Chile Coast https://gsa.confex.c[...] International Union for Quaternary Research 2003-07-24
_[10] 백과사전 Nitrates and Nitrites
_[11] 웹사이트 Current EU approved additives and their E Numbers http://www.food.gov.[...] UK Food Standards Agency
_[12] 웹사이트 Listing of Food Additives Status Part II https://www.fda.gov/[...] US Food and Drug Administration
_[13] 웹사이트 Standard 1.2.4 – Labelling of ingredients http://www.comlaw.go[...] Australia New Zealand Food Standards Code 2011-09-08
_[14] 학술지 Characterization of Sodium Nitrate as Phase Change Material 2011-11-15
_[15] 학술지 Reference materials for calorimetry and differential thermal analysis https://www.scienced[...] 1999-06-14
_[16] 서적 Production of Magnetite Thin Film Over Steel Substrate Using Hot Alkaline Nitrate Blackening Method https://books.google[...] Universitat Politècnica de Catalunya. Escola Politècnica Superior d'Enginyeria de Vilanova i la Geltrú. Departament de Ciència dels Materials i Enginyeria Metal·lúrgica, 2014 (Grau en Enginyeria Mecànica) 2014
_[17] 학술지 Epidemilogical trends strongly suggest exposures as etiologic agents in the pathogenesis of sporadic Alzheimer's disease, diabetes mellitus, and non-alcoholic steatohepatitis
_[18] 학술지 Nitrosamine and related food intake and gastric and oesophageal cancer risk: a systematic review of the epidemiological evidence 2006-07-21
_[19] 학술지 A large prospective study of meat consumption and colorectal cancer risk: An investigation of potential mechanisms underlying this association
_[20] 웹사이트 The Associations between Food, Nutrition and Physical Activity and the Risk of Colorectal Cancer http://www.wcrf.org/[...] World Cancer Research Fund
_[21] 학술지 Dietary nitrite and nitrate: a review of potential mechanisms of cardiovascular benefits 2011-08
_[22] 보고서 IARC Monographs evaluate consumption of red meat and processed meat http://www.iarc.fr/e[...] 하버드 공중보건대학원 2015-10-26
_[23] 서적 Chemical Principles 6th Ed https://archive.org/[...] Houghton Mifflin Company