페로시안화 칼륨
1. 개요
페로시안화 칼륨은 화학식 K₄[Fe(CN)₆]을 갖는 무기 화합물로, 과거에는 "황혈염"으로 불리기도 했다. 1752년 프랑스 화학자 피에르 조제프 마케에 의해 처음 제조되었으며, 질소 함유 유기 물질, 쇠가루, 탄산 칼륨을 사용하여 생산하거나, 시안화 수소, 염화 철(II), 수산화 칼슘을 반응시켜 합성할 수 있다. 페로시안화 칼륨은 페리시안화 칼륨보다 안정적이며, 열이나 산에 의해 분해될 경우 시안화수소를 발생시킬 수 있지만, 자체는 무독성으로 간주된다. 주로 식염의 응고 방지제, 철 이온 검출 시약, 청사진 현상액 등으로 사용되며, 산업 분야 및 식품 첨가물로도 활용된다.
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| IUPAC 명칭 | 헥사시아니도철(II)산 칼륨 |
|---|---|
| 다른 이름 | 황혈염 황색혈滷염 YPS 칼륨 헥사시아노페레이트(II) 삼수화물 테트라칼륨 페로시안화물 삼수화물 페레이트 헥사시아노 테트라칼륨 삼수화물 |
| CAS 등록번호 | 13943-58-3 (무수물) 14459-95-1 (삼수화물) |
|---|---|
| ChemSpider ID | 20162028 |
| EINECS | 237-722-2 |
| UNII | GTP1P30292 (무수물) 961WP42S65 (삼수화물) |
| PubChem | 161067 |
| SMILES | [K+].[K+].N#C[Fe-4](C#N)(C#N)(C#N)(C#N)C#N.[K+].[K+] |
| 표준 InChI | 1S/6CN.Fe.4K.3H2O/c6*1-2;;;;;;;;/h;;;;;;;;;;;3*1H2/q6*-1;+2;4*+1;;; |
| 표준 InChIKey | UTYXJYFJPBYDKY-UHFFFAOYSA-N |
| 화학식 | K₄[Fe(CN)₆] |
|---|---|
| 몰 질량 | 368.35 g/mol (무수물) 422.388 g/mol (삼수화물) |
| 외관 | 엷은 노란색의 결정성 과립 |
| 밀도 | 1.85 g/cm³ (삼수화물) |
| 용해도 | 삼수화물: 28.9 g/100 mL (20 °C) |
| 다른 용매에 대한 용해도 | 에탄올, 다이에틸 에테르에 불용 |
| 녹는점 | 해당 없음 |
| 끓는점 | 해당 없음 |
| 끓는점 주석 | (분해) |
| 자기 감수율 | −130.0·10⁻⁶ cm³/mol |
| 인화점 | 불연성 |
|---|---|
| GHS 신호어 | 경고 |
| NFPA 704 | H: 1 F: 0 R: 0 S: 해당 없음 |
| LD50 | 6400 mg/kg (경구, 쥐) |
| 다른 음이온 | 페리시안화 칼륨 |
|---|---|
| 다른 양이온 | 페로시안화 나트륨 프러시안 블루 |
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철(II) 화합물 -
산화 철(II)
산화 철(II)는 FeO 화학식으로 표현되는 철의 산화물로, 옥살산 철(II) 열분해 등으로 제조되며 암염 구조의 등축정계 결정 구조를 가지고 저온에서 능면체정계로 변환, 반강자성을 띠고 지구 맨틀 구성 성분, 안료, 화장품, 문신 잉크, 인산염 제거제 등으로 활용된다. -
철(II) 화합물 -
황산 철(II)
황산 철(II)은 화학식 FeSO<sub>4</sub>를 가지며 다양한 수화물 형태로 존재하는 철 화합물로, 산업적으로 철 화합물 전구체나 시멘트 내 크롬산 이온 환원제, 의학적으로 철분 보충제, 토양 개량제, 잔디 컨디셔너, 목재 착색제, 잉크 제조 등에 사용되고 강철 생산 부산물로도 생성된다. -
배위 화합물 -
Alq3
트리스(8-히드록시퀴놀리네이트)알루미늄(Alq₃)은 자오면 및 안면 이성질체와 여러 다형체를 가지며, 유기 발광 다이오드(OLED)의 전자 수송층 물질로 널리 쓰이고 퀴놀린 고리의 치환기 변화를 통해 발광 특성 조절이 가능하다. -
배위 화합물 -
시스플라틴
시스플라틴은 cis-[Pt(NH<sub>3</sub>)<sub>2</sub>Cl<sub>2</sub>] 화학식을 가진 사각 평면형 배위 화합물로, DNA 복제 방해를 통해 암세포를 억제하는 항암제이며, 다양한 고형암 및 혈액암 치료에 사용된다. -
칼륨 화합물 -
염화 칼륨
염화칼륨(KCl)은 칼륨 이온과 염화물 이온으로 이루어진 이온성 화합물로, 칼륨 비료, 화학 공업, 의학, 사형 집행 등 다양한 용도로 사용되며, 면심입방구조와 광학적 특성을 지니고, 캐나다, 러시아, 벨라루스 등에서 주로 생산된다. -
칼륨 화합물 -
아세트산 칼륨
아세트산 칼륨은 아세트산을 칼륨 염기로 처리하여 제조되며, 제빙제, 소화제, 식품 첨가물, 의약품, 조직 보존 등 다양한 용도로 사용된다.
2. 역사
1752년, 프랑스 화학자 피에르 조제프 마케는 청람(철(III) 페로시안화물)과 수산화 칼륨을 반응시켜 페로시안화 칼륨을 제조하는 방법을 처음으로 보고했다.
과거에는 질소를 함유한 유기 물질, 쇠가루, 탄산 칼륨을 사용하여 이 화합물을 제조했다. 일반적인 질소 및 탄소 공급원은 건열 탄화된 뿔, 가죽 조각, 내장, 또는 건조 혈액이었다. 또한 가스 공장에서 사용된 산화물(도시 가스에서 시안화 수소 정제)로부터 상업적으로 얻어졌다.
3. 합성
1752년, 프랑스 화학자 피에르 조제프 마케는 청람(철(III) 페로시안화물)과 수산화 칼륨을 반응시켜 페로시안화 칼륨을 제조하는 방법을 처음 보고했다.
3.1. 현대적 생산 방법
산업적으로 페로시안화 수소산 칼륨(II)는 시안화 수소, 염화 철(II), 수산화 칼슘을 반응시켜 Ca2[Fe(CN)6]·11H2O를 생성한다. 이 용액은 칼륨 염으로 처리하여 혼합된 칼슘-칼륨 염인 CaK2[Fe(CN)6]를 침전시킨 후, 탄산 칼륨으로 처리하여 최종 생성물인 테트라칼륨 염(K₄[Fe(CN)₆])을 얻는다.
3.2. 과거 생산 방법
과거에는 질소 함유 유기 물질, 쇠가루, 탄산 칼륨을 사용하여 페로시안화 칼륨을 제조했다. 일반적인 질소 및 탄소 공급원은 건열 탄화된 뿔, 가죽 조각, 내장, 또는 건조 혈액이었다. 또한 가스 공장에서 사용된 산화물(도시 가스에서 시안화 수소 정제)로부터 상업적으로 얻어지기도 했다.
18세기에는 동물의 혈액이나 내장과 같은 질소를 포함한 유기물에 철과 탄산 칼륨을 넣고 가열하여 만들었기 때문에 "황혈염"이라는 별명이 붙었다.
4. 화학적 성질
페로시안화 칼륨은 페리시안화 칼륨보다 안정적이며, 수용액에서 시안화물 이온(CN⁻)이 안정적으로 배위되어 있어 무기 시안화물과 같은 독성을 나타내지 않는다. 질산으로 처리하면 H₂[Fe(NO)(CN)₅]가 생성된다. 이 중간체를 탄산 나트륨으로 중화하면 니트로프루시드 나트륨의 붉은 결정을 선택적으로 결정화할 수 있다.
염소 기체로 처리하면 페로시안화 칼륨(III)로 변환된다.
:2 K₄[Fe(CN)₆] + Cl₂ → 2 K₃[Fe(CN)₆] + 2 KCl
이 반응은 용액에서 페로시안화 칼륨(II)을 제거하는 데 사용될 수 있다.
염화 철(III)와 같은 철염과의 반응을 통해 프러시안 블루가 생성된다. 염화 철(III)과의 반응에서 염화 칼륨이 부산물로 생성된다.
:3 K₄[Fe(CN)₆] + 4 FeCl₃ → Fe₄[Fe(CN)₆]₃ + 12 KCl
Fe[Fe(CN)]의 조성을 갖는 이 불용성이지만 깊은 색상을 띠는 물질은 청사진의 청색이며, 가나가와 해변의 파도와 별이 빛나는 밤과 같은 많은 유명한 그림에도 사용되었다.
요오드를 반응시키면, K₃[Fe(CN)₆]·KI가 얻어진다.
5. 구조
다른 금속 시안화물과 마찬가지로, 수화물 및 무수염 형태의 고체 페로시안화 칼륨은 복잡한 중합체 구조를 갖는다. 이 중합체는 CN 배위자에 결합된 K+ 이온과 가교된 팔면체 [Fe(CN)6]4− 중심부로 구성된다. 고체가 물에 용해되면 K+---NC 결합이 끊어진다.
6. 독성
페로시안화 칼륨은 무독성이며 체내에서 시안화물로 분해되지 않는다. 쥐에 대한 치사량 (LD50)은 6400mg/kg으로 독성이 낮다. 페로시안화물의 독성은 신장이 담당하는 장기이다.
페리시안화 칼륨과 달리 시안화 수소를 유리시키지 않기 때문에 기본적으로 무독하다고 여겨진다. 수용액 중에서 페로시안화물 이온([Fe(CN)6]4−)이 전리해도 배위자 CN−(시안화물 이온)이 안정적(해리 상수 K는 10−36)이므로, 무기 시안화물과 같은 독성을 나타내지 않는다.
그러나 뜨거운 황산에 의해 분해되어 시안화 수소를 발생시킬 수 있다.
7. 응용
페로시안화 칼륨은 산업 분야에서 여러 용도로 사용된다. 관련 나트륨 염과 함께 도로 염 및 식염의 응고 방지제로 널리 사용되며, 주석 정제 및 몰리브덴 광석에서 구리를 분리하는 데에도 쓰인다. 와인 및 구연산 생산에도 사용된다.
실험실에서는 과망간산 칼륨 농도를 결정하는 산화 환원 적정에 사용되며, 베타-갈락토시다제 활성 측정용 완충액을 만드는 데에도 사용된다. Fe(3)과 반응하면 프러시안 블루 색을 나타내므로 철 식별 시약으로도 쓰인다.
식물 비료로 사용할 수 있으며, 1900년 이전 캐스트너 공법이 발명되기 전에는 알칼리 금속 시안화물의 주요 공급원이었다.
7.1. 산업 분야
관련 나트륨 염과 함께 도로 염 및 식염의 응고 방지제로 널리 사용된다. 주석 정제 및 몰리브덴 광석에서 구리 분리에도 사용된다. 와인 및 구연산 생산에도 사용된다.
EU에서는 2017년 기준으로 헥사시아노철(II)산염(E 535–538)이 소금 첨가물로 두 가지 식품 범주에서만 허용되었다. 동물 사료에도 사용할 수 있다.
일본에서는 2002년부터 식품 첨가물로 승인되었다. 사용 목적은 식염의 굳음 방지 첨가물이다. 2018년 중화인민공화국에서 페로시안화 칼륨을 포함하는 식염이 유해하다는 정보가 인터넷에서 확산되었지만, 일반적인 섭취량에서는 거의 문제가 없다고 한다.
7.2. 식품 첨가물
관련 나트륨 염과 함께 식염의 굳음 방지제로 널리 사용된다. 일본에서는 2002년부터 식품 첨가물로 승인되었으며, 사용 목적은 식염의 굳음 방지이다. 2018년 중화인민공화국에서 페로시안화 칼륨을 포함하는 식염이 유해하다는 정보가 인터넷에서 확산되었지만, 일반적인 섭취량에서는 거의 문제가 없다고 한다. EU에서는 2017년 기준으로 헥사시아노철(II)산염(E 535–538)이 소금 첨가물로 두 가지 식품 범주에서만 허용되었다.
7.3. 기타
관련 나트륨 염과 함께 도로 염 및 식염의 응고 방지제로 널리 사용된다. 주석 정제 및 몰리브덴 광석에서 구리 분리에도 사용되며, 와인 및 구연산 생산에도 사용된다. 실험실에서는 과망간산 칼륨의 농도 결정(산화 환원 적정)에 사용된다. 페리시안화 칼륨 및 인산염 완충 용액과 혼합하여 베타-갈락토시다제 활성 측정을 위한 완충액을 제조하는 데 사용된다. X-Gal을 절단하여 항체 등이 베타-갈과 결합하여 밝은 파란색 시각화를 제공한다. Fe(3)과 반응하면 프러시안 블루 색상을 나타내므로, 실험실에서 철의 식별 시약으로 사용된다.
식물의 비료로 사용할 수 있다. 1900년 이전, 캐스트너 공법이 발명되기 전에는 알칼리 금속 시안화물의 가장 중요한 공급원이었다. 현자의 돌로 여겨지기도 했다.
* 청사진 - 백지청선법(백지에 청선으로 된 양화)의 현상액.
* 시약 - 철 이온 검출 등에 사용한다. 2가 철 이온을 포함하는 용액에 첨가하면 청백색 침전(헥사시아노철(II)산 철(II))을 생성하고, 3가 철 이온의 용액에 첨가하면 진청색 침전(프러시안 블루)을 생성한다. 철, 구리, 은의 안정화 시약으로 사용된다.
* 식품 가공 및 공업 용도 - 일본에서는 2002년부터 식품 첨가물로 승인되었다. 사용 목적은 식염의 굳음 방지 첨가물이다. 2018년에는 중화인민공화국에서 페로시안화 칼륨을 포함하는 식염이 유해하다는 정보가 확산되었지만, 일반적인 섭취량에서는 거의 문제가 없다고 한다.