플루오린화 규소산

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1. 개요

플루오린화 규소산(H₂SiF₆)은 다양한 수화물 형태로 존재하는 무색의 액체로, 인회석이나 플루오린인회석을 황산으로 처리하여 인산을 생산하는 과정에서 부산물로 생성된다. 이 산은 플루오린화 수소 또는 산성 수용액에서 안정하며, 플루오린화 알루미늄과 육플루오린산알루미늄나트륨의 생산, 플루오린규산염 염으로의 전환, 목재 방부, 납 정련, 녹 제거 세정제, 유기 합성 시약 등으로 사용된다. 플루오린화 규소산은 유해하며, 피부, 기도, 눈, 유리, 도자기, 금속을 부식시키고 플루오린화 수소를 방출할 수 있다.

플루오린화 규소산 - [화학 물질]에 관한 문서

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1. 개요
2. 구조
3. 생성
4. 반응
5. 용도
6. 천연 염
7. 안전성

2. 구조

플루오린화 규소산은 다양한 수화물 형태로 결정화되었다. 여기에는 (H₅O₂)₂SiF₆, 더 복잡한 (H₅O₂)₂SiF₆·2H₂O, 그리고 (H₅O₂)(H₇O₃)SiF₆·4.5H₂O가 있다. 이들 염에서 팔면체 육플루오로규산 음이온은 양이온에 수소 결합되어 있다.

3. 생성

육플루오린화 규소산은 규산염을 함유한 불소를 함유한 광물로부터 상업적으로 생산된다. 구체적으로, 인회석과 플루오린인회석을 황산으로 처리하여 수용성 비료의 전구체인 인산을 얻는다. 이를 습식 인산 공정이라고 한다. 이 과정에서 부산물로, 규소를 함유한 광물 불순물과 관련된 반응으로 인해 톤당 약 50kg의 육플루오린화 규소산이 생성된다.

이 과정에서 생성된 일부 플루오린화 수소(HF)는 광물 원료에 불가피하게 포함된 이산화 규소(SiO₂) 불순물과 반응하여 사플루오린화 규소를 생성한다. 이렇게 생성된 사플루오린화 규소는 HF와 추가로 반응한다. 순 과정은 다음과 같다:

:6 HF + SiO₂ → SiF₆^2- + 2 H₃O⁺

육플루오린화 규소산은 사플루오린화 규소를 불산과 반응시켜 생성할 수도 있다. 이산화 규소와 불산과의 반응, 사플루오린화 규소와 물과의 반응 등으로 얻을 수 있다. 불산에 의한 유리 부식으로 발생하는 것은 전자의 반응에 의한 것이다.

:SiO₂ + 6HF(aq) → H₂SiF₆ + 2H₂O

:3SiF₄ + 4H₂O → 2H₂SiF₆ + Si(OH)₄

4. 반응

플루오린화 규소산은 플루오린화 수소 또는 산성 수용액에서만 안정하다. 알칼리성-중성 수용액에서는 쉽게 가수분해되어 플루오르화물 음이온과 비정질 수화 실리카(SiO₂)를 생성한다. 강염기는 처음에는 플루오로규산염을 생성하지만, 화학량론적 과량이 있으면 가수분해가 시작된다. 일반적으로 수돗물 불소화에 사용되는 농도에서 99%의 가수분해가 일어난다.

:SiF₆^2- + 2 H₂O → 6 F^- + SiO₂ + 4 H⁺

플루오린화 규산 용액을 알칼리 금속 염기로 중화하면 해당 알칼리 금속 플루오로규산염이 생성된다.

:H₂SiF₆ + 2 NaOH → Na₂SiF₆ + 2 H₂O

생성된 염인 육플루오로규산나트륨(Na₂SiF₆)은 주로 수돗물 불소화에 사용된다. 육플루오로규산나트륨을 가열하면 사플루오린화 규소가 생성된다.

:Na₂SiF₆ → SiF₄ + 2 NaF

5. 용도

플루오린화 규소산은 대부분 플루오린화 알루미늄과 합성 크라이올라이트로 전환된다. 이러한 물질은 알루미늄 광석을 알루미늄 금속으로 변환하는 데 핵심적인 역할을 한다. 또한 플루오린규산칼륨은 도자기 생산에, 플루오린규산마그네슘은 경화 콘크리트 및 살충제로, 플루오린규산바륨은 형광체로 사용되는 등 다양한 육플루오린규산염 염으로 전환된다.

플루오린화 규소산과 그 염은 목재 방부제로 사용된다. 납을 정련하는 베츠 전해 공정의 전해질로도 사용된다. 옥살산과 함께 녹 제거 세정제의 활성 성분이며, 유기 합성에서 실릴 에테르의 Si-O 결합을 절단하는 데 사용되는 특수한 시약이다. 콘크리트 표면에 도포하면 산에 대한 저항성을 갖게 된다. 그 외에 납의 전해 정련, 금속의 표면 처리, 도자기의 경화 촉진제, 섬유의 매염제 등으로 사용된다.

6. 천연 염

희귀한 광물 중 일부는 화산 또는 석탄 화산공에서 발견되며, 육플루오르규산의 염이다. 예로는 크립토할라이트와 바라라이트가 있으며, 이들은 플루오르규산 암모늄의 두 가지 다형체이다.

7. 안전성

플루오린화 규소산은 증발 시 플루오린화 수소를 방출할 수 있어 유해하다. 증기를 흡입하면 폐부종을 유발할 수 있다. 플루오린화 수소와 마찬가지로 유리 및 석기를 부식시킨다. 플루오린화 규소산의 LD₅₀ 값은 430mg/kg이다.

수용액은 강한 이염기산이며, 피부, 기도, 안구, 유리, 도자기, 금속을 부식시킨다. 보관에는 폴리에틸렌이나 불소 수지로 만든 용기가 사용된다. 경구 섭취 시 반수 치사량은 430mg/kg이며, 증기 흡입으로 폐수종을 일으키는 경우도 있다. 불연성이지만, 가열에 의해 분해되어 불화 수소 흄을 발생시킨다. 금속과 반응하여 수소를 생성한다.