할로젠화물

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1. 개요

할로젠화물은 플루오린, 염소, 브롬, 아이오딘, 아스타틴과 같은 할로젠 원소와 다른 원소 또는 작용기가 결합된 화합물이다. 산화-환원 반응, 양성자화, 은 이온과의 반응을 보이며, 질산 은 용액을 통해 검출할 수 있다. 할로젠화물은 고강도 방전 램프, 사진 필름, 납땜 플럭스, 유기 합성에 사용된다. 무기 할로젠 화합물과 유기 할로젠 화합물로 분류되며, 유기 할로젠 화합물은 의약품, 농약, 플라스틱 등 다양한 산업 분야에서 활용된다.

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할로젠화물 - 할로젠화 수소
할로젠화 수소는 수소와 할로젠 원소의 화합물로, 결합 세기가 작고 결합 극성이 작을수록 산의 세기가 강해지며, 암모니아와 반응하여 할로젠화 암모늄을 형성하고 유기 화학에서 할로카본 제조에 사용된다.
염 - 규산염
규산염은 규소 원자를 중심으로 산소 원자가 결합된 사면체 구조를 기본으로 다양한 형태로 연결되어 여러 종류의 음이온을 형성하며, 지구 지각과 맨틀의 주요 구성 성분으로서 다양한 암석과 광물을 이루고 건축 자재 등 산업적으로 활용되는 화합물이다.
염 - 탄화물
탄화물은 탄소와 전기 양성적인 원소로 구성된 화합물로, 화학 결합 종류에 따라 이온성, 공유 결합, 침입형 등으로 분류되며, 탄화칼슘, 탄화규소, 탄화텅스텐 등이 대표적이다.

할로젠화물
일반 정보
화학식	Xn (여기서 X는 할로젠 원소를 나타냄)
몰 질량	할로젠화물의 종류에 따라 다름
구조
결정 구조	할로젠화물의 종류에 따라 다름 (예: 염화 나트륨은 세슘 클로라이드 구조)
분자 구조	이온 결합 또는 공유 결합
성질
녹는점	할로젠화물의 종류에 따라 다름
끓는점	할로젠화물의 종류에 따라 다름
용해도	할로젠화물의 종류에 따라 다름 (일반적으로 물에 잘 녹음)
전기 전도도	고체 상태에서는 낮음, 용융 또는 용액 상태에서는 높음
화학 반응
일반적인 반응	산화-환원 반응 복분해 반응
종류
플루오린화물	플루오린화 나트륨(NaF), 육플루오린화 황(SF6) 등
염화물	염화 나트륨(NaCl), 염화 마그네슘(MgCl2) 등
브로민화물	브로민화 칼륨(KBr), 브로민화 은(AgBr) 등
아이오딘화물	아이오딘화 칼륨(KI), 아이오딘화 은(AgI) 등
용도
일반적인 용도	화학 반응의 촉매 의약품 사진 제설제 (염화 칼슘) 할로젠 램프
안전성
독성	할로젠화물의 종류에 따라 다름 (일부 할로젠화물은 독성이 강함)
주의사항	취급 시 적절한 안전 장비 착용 필요

2. 분류

할로젠화물은 결합하는 할로젠 원소의 종류에 따라 다음과 같이 분류된다.

플루오린화물: 플루오린과 다른 원소 또는 작용기가 결합한 화합물이다.
염화물: 염소와 다른 원소 또는 작용기가 결합한 화합물이다.
브로민화물: 브로민과 이보다 전기음성도가 낮은 원소 하나 이상이 결합하여 만들어지는 화합물이다.
아이오딘화물: 아이오딘과 다른 원소 또는 작용기가 결합한 화합물이다.
아스타틴화물: 아스타틴과 다른 원소 또는 작용기가 결합한 화합물이다.

2. 1. 플루오린화물

플루오린화물은 플루오린(F)과 다른 원소 또는 작용기가 결합한 화합물이다.

2. 2. 염화물

염소 (Cl)와 다른 원소 또는 작용기가 결합한 화합물이다.

2. 3. 브로민화물

브로민화물은 브로민(브롬)과 이보다 전기음성도가 낮은 원소 하나 이상이 결합하여 만들어지는 화합물이다.^[1] 브로민화물은 다양한 화학 반응에 사용되는 중요한 화합물이다.

2. 4. 아이오딘화물

아이오딘화물은 아이오딘(I)과 다른 원소 또는 작용기가 결합한 화합물이다.

2. 5. 아스타틴화물

아스타틴(Astatine|아스타타인^영어)과 다른 원소 또는 작용기가 결합한 화합물이다. 아스타틴은 방사성 원소이므로, 아스타틴화물은 특별한 경우에만 다루어진다.^[1]

3. 반응

할로젠화물은 다양한 화학 반응에 참여한다.

KCl, KBr, KI과 같은 할로젠화물은 질산 은 수용액()으로 검출할 수 있다. 할로젠화물 이온은 Ag⁺ 이온과 반응하여 할로젠에 따라 다양한 색상의 침전이 생성된다.^[4]

할로젠화 은 화합물	침전 색깔
AgF	침전 없음
AgCl	흰색
AgBr	엷은 노란색
AgI	녹색(노란색)

알칼리 금속 할로젠화물 대신 알킬 할로젠화물을 사용하면 유사하지만 더 느린 반응이 일어난다. 이는 바일슈타인 시험을 통해 확인할 수 있다.

3. 1. 산화-환원 반응 (Redox)

할로젠화물은 일반적인 실험 조건에서는 환원될 수 없지만, 모두 이원자 분자인 모체 할로젠으로 산화될 수 있다. 특히 아이오딘화물과 가벼운 할로젠화물의 경우, 중간 생성물(예: 트라이아이오딘화물)을 관찰하고 분리할 수 있다. 많은 관련 종(다양한 폴리요오드화물 포함)이 알려져 있다.

3. 2. 양성자화 (Protonation)

할로젠화물은 기체인 할로젠화 수소의 짝염기이다. 양성자화가 수용액에서 진행되면 할로겐화 수소산이 생성된다.

3. 3. 은 이온과의 반응

KCl, KBr, KI과 같은 할로젠화물은 질산 은 수용액()으로 검출할 수 있다. 할로젠화물 이온은 Ag⁺ 이온과 반응하여 할로젠에 따라 다양한 색상의 침전이 생성된다.^[4]

AgF: 침전 없음
AgCl: 흰색
AgBr: 엷은 노란색
AgI: 녹색(노란색)

알칼리 금속 할로겐화물 대신 알킬 할로겐화물을 사용하면 유사하지만 더 느린 반응이 일어난다. 이는 바일슈타인 검정에 설명되어 있다. 할로젠을 포함하는 유기 화합물에 대해서는 바일슈타인 시험이 사용된다.

4. 검출

할로젠화물은 질산 은(AgNO₃) 수용액을 이용하여 검출할 수 있다. 할로젠화물 이온은 Ag⁺ 이온과 반응하여 할로젠에 따라 다양한 색상의 침전을 생성한다.^[4]

AgF: 침전 없음
AgCl: 흰색
AgBr: 옅은 노란색
AgI: 녹색(노란색)

유기 화합물의 경우, 바일슈타인 검정을 통해 할로젠의 존재 여부를 확인할 수 있다.

5. 용도

할로젠화물은 다양한 분야에서 널리 사용된다.

조명: 할로젠화물 금속은 가로등 등에 사용되는 고강도 방전 램프에 사용된다.
사진: 할로젠화 은은 사진 필름과 사진 용지에 사용된다.
납땜: 할로젠화물은 Cl 또는 Br 등가물로 납땜 플럭스에 사용된다.^[7] ^[5]
유기 합성: 합성 유기 화학에서 유기 할로젠 화합물에 할로젠을 결합시키기도 한다.

5. 1. 조명

메탈 할라이드 램프와 같은 고강도 방전 램프에 할로젠화물이 사용된다. 이 램프는 수은등보다 에너지 효율이 좋고, 주황색 고압 나트륨 램프보다 연색성이 훨씬 뛰어나다. 메탈 할라이드 램프는 온실이나 비가 많이 오는 기후에서 자연광을 보충하는 데 사용되기도 한다.

5. 2. 사진

할로젠화 은은 사진 필름 및 사진 용지에 사용된다. 필름을 사진 현상하면 빛에 노출된 할로젠화 은이 금속 은으로 환원되어 이미지를 형성한다.

5. 3. 납땜

할로젠화물은 일반적으로 Cl 또는 Br 등가물로 납땜 플럭스에 사용된다.^[7] ^[5]

5. 4. 유기 합성

일반적으로 유기 할로젠 화합물은 유기 화합물의 C-H 구조에 대해 할로젠 분자를 라디칼 치환 반응으로 도입하거나, 불포화 화합물에 대해 첨가 반응을 시킴으로써 합성된다(직접 할로젠화). 또한, 카르복실산 유도체나 적당한 이탈기에 적당한 무기 할로젠 화합물을 작용시키는 친핵성 치환 반응에 의해서도 합성된다.^[5]

6. 화합물

할로젠화물은 무기 화합물과 유기 화합물로 나눌 수 있다. 무기 할로젠화물의 예로는 염화 나트륨(NaCl), 염화 칼륨(KCl), 아이오딘화 칼륨(KI), 염화 리튬(LiCl) 등이 있다. 유기 할로젠화물의 예로는 Methyl bromide|메틸 브로마이드^영어(CH3Br|CH3Br^영어), 요오드포름(Iodoform|아이오도폼^영어)(CHI3|CHI3^영어) 등이 있다.

염화 수소(HCl)와 브로민화 수소(HBr)는 할로젠화 수소이다.

SiF₄는 기체이며, SiCl₄, SiBr₄, SiI₄ 등의 사할로젠화 규소도 존재한다.

6. 1. 무기 할로젠 화합물

할로젠화합물의 예는 다음과 같다.

염화 나트륨 (NaCl)
염화 칼륨 (KCl)
아이오딘화 칼륨 (KI)
브롬화 나트륨 (NaBr)
염화 리튬 (LiCl)
염화 구리(II) (CuCl₂)
염화 은 (AgCl)
플루오린화 염소 (ClF)

6. 2. 유기 할로젠 화합물

유기 할로젠 화합물은 탄소-할로젠 결합을 포함하는 화합물이다. 유기 할로젠 화합물의 예로는 메틸 브로마이드(Methyl bromide|메틸 브로마이드^영어) (CH3Br|CH3Br^영어), 요오드포름(Iodoform|아이오도폼^영어) (CHI3|CHI3^영어) 등이 있다. 다양한 유기 할로젠 화합물이 의약품, 농약, 플라스틱 등 다양한 산업 분야에서 활용된다.

일반적으로 유기 할로젠 화합물은 유기 화합물의 C-H 구조에 할로젠 분자를 라디칼 치환 반응으로 도입하거나, 불포화 화합물에 대해 첨가 반응을 시킴으로써 합성된다(직접 할로젠화). 또한, 카르복실산 유도체나 적당한 이탈기에 적당한 무기 할로젠 화합물을 작용시키는 친핵성 치환 반응에 의해서도 합성된다.

참조

_[1] 웹사이트 Definition of HALOGENIDE https://www.merriam-[...] 2022-01-07
_[2] 서적 Greenwood&Earnshaw2nd
_[3] 서적 Greenwood&Earnshaw2nd
_[4] 서적 Greenwood&Earnshaw2nd
_[5] 웹사이트 Halogen-Free Solder Paste https://web.archive.[...] 2011-03-21
_[6] 문서 Halogen-Free Solder Paste https://web.archive.[...]
_[7] 웹인용 Halogen-Free Solder Paste https://web.archive.[...] 2011-03-21

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