황산 나트륨

3. 화학적 성질

황산 나트륨은 전형적인 이온성 황산염이다. 용액에서 자유 황산염 이온의 존재는 Ba²⁺ 또는 Pb²⁺ 염으로 처리할 때 불용성 황산염이 쉽게 형성됨으로써 나타난다.

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대부분의 산화제 또는 환원제에 대해 비활성이다. 고온에서 탄소 열 환원(숯과 함께 고온 가열 등)에 의해 황화 나트륨으로 전환될 수 있다.

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이 반응은 르블랑 공정에서 사용되었지만 현재는 폐지되었다.

황산 나트륨은 황산과 반응하여 산성 염인 황산수소나트륨을 생성한다.

:^[9][10]

복염을 형성하는 경향이 중간 정도이다. 일반적인 삼가 금속과 형성되는 유일한 명반은 NaAl(SO₄)₂ (39 °C 이상에서 불안정) 및 NaCr(SO₄)₂이며, 많은 안정적인 명반을 형성하는 황산 칼륨 및 황산 암모늄과는 대조적이다.^[11] 아프티탈라이트 광물로 자연적으로 발생하는 Na₂SO₄·3K₂SO₄를 포함하여 다른 일부 알칼리 금속 황산염과의 복염이 알려져 있다. 황산 나트륨과 염화 칼륨의 반응에 의한 글라제라이트의 형성은 비료인 황산 칼륨을 생산하는 방법의 기초로 사용되었다.^[12]

4. 물리적 성질

황산 나트륨은 물에서 특이한 용해도 특성을 보인다.^[14] 0°C에서 32.384°C 사이에서 물에 대한 용해도는 10배 이상 급격히 증가하며, 이 온도에서 100mL 당 49.7g으로 최대가 된다. 이 지점에서 용해도 곡선의 기울기가 바뀌고, 용해도는 온도에 거의 영향을 받지 않게 된다. 32.384°C는 결정수를 방출하고 수화된 염이 녹는 온도로, 온도계 보정의 정확한 온도 기준으로 사용된다.

4. 1. 구조

5. 생산

황산 나트륨은 천연 광물에서 얻거나 화학 공정의 부산물로 생산된다. 전 세계 황산나트륨(십수화물 형태) 생산량은 연간 약 550만~600만 톤에 달한다. 1985년에는 450만 톤이었으나, 2000년 이후 2006년까지 자연 생산량은 증가하고 화학 생산량은 감소하여 총 550만~600만 톤을 유지하고 있다.^{[17][18][19][20]}

염화 나트륨과 진한 황산을 가열하거나, 탄산 나트륨 또는 수산화 나트륨을 황산으로 중화하면 황산 나트륨을 얻을 수 있다.

공업적으로는 수산화 나트륨과 황산을 반응시키거나, 유황 산화물이 포함된 배연을 수산화 나트륨으로 탈황하여 제조한다. 레이온이나 브롬 제조 과정에서 발생하는 저순도 황산 나트륨 수용액을 정제 및 증류하여 제조하기도 한다.^[37]

5. 1. 천연 생산

무수 황산나트륨은 건조한 환경에서 테나르다이트 광물로 존재한다. 습한 공기 중에서 서서히 미라빌라이트로 변한다. 황산나트륨은 또한 칼슘 나트륨 황산염 광물인 글라우베라이트로도 발견된다. 두 광물 모두 미라빌라이트보다 흔하지 않다.

5. 2. 화학적 생산

• 만하임 공정:
• 하그리브스 공정:

6. 형태

무수 황산 나트륨은 희귀 광물인 테나르다이트로 알려져 있으며, 유기 합성에서 건조제로 사용된다.^[34] 칠수화 황산 나트륨은 매우 희귀한 형태이다. 십수화 황산 나트륨은 광물 미라빌라이트로 알려져 있으며, 화학 산업에서 널리 사용된다. 글라우버염이라고도 한다.^[33][35]

상압 하에서 무수 황산 나트륨의 녹는점은 884 ℃이며, 상온에서는 무색이고 비중 2.698의 고체로 존재한다. 무수 황산 나트륨은 물에 녹으며, 수용액은 중성을 나타낸다.^[34]

황산 나트륨의 포화 수용액에서 상온에서 결정화하면, '''황산 나트륨 10수화물'''이 얻어진다. 건조 조작을 하지 않으면 이 상태로 존재하는 경우가 많다. 10수화물은 '''망초''',^[32] '''글라우버 염''',^[33] '''미라빌라이트'''^[35]라고 불리며, 10수화물의 비중은 1.464이며, 상온 상압에서는 무색 고체로 존재하며, 물에 녹는다. 전이 온도인 32.38 ℃에서 수화수가 결정수가 된다. 수화물을 건조한 공기 중에 방치하면 풍해되지만,^[36] 무수물을 습한 공기 중에 방치하면 수화물이 된다.^[34]

황산 나트륨은 물에 대한 용해도의 온도 의존성이 특징적이며, 10수화물과 무수물에서 그 거동이 다르다. 10수화물 (Na₂SO₄•10H₂O)은 수온이 상승함에 따라 용해도가 증가한다. 그러나, 무수물 (Na₂SO₄)의 용해도는 수온이 상승함에 따라 반대로 용해도가 감소하는 경우가 있다. 실제로 황산 나트륨의 용해도는 32.38 ℃까지는 계속 올라가는 반면, 더욱 고온으로 하면 조금씩 낮아진다. 이는 저온 영역에서는 10수화물이 석출되는 반면, 고온 영역에서는 무수물이 석출되기 때문이다.

7. 용도

황산 나트륨은 다양한 용도로 사용된다. 무수 황산 나트륨은 습기를 잘 흡수하는 성질을 가지고 있어 건조제로 사용된다. 10수화물은 완하제로 사용되거나, 방풍통성산, 도핵승기탕 등의 한약에 망초라는 이름으로 배합되기도 한다.^[39]

또한 황산 나트륨은 온천에 함유되는 경우가 있는 물질로, 알칼리 금속・알칼리 토금속의 황산염을 포함하는 온천을 유산천・유산염천이라고 부른다.^[40] 이러한 온천 성분을 모방한 가정용 입욕제에는 탄산수소나트륨과 함께 황산 나트륨이 사용되기도 한다.^[41]

일본에서 유통되는 황산 나트륨을 배합한 입욕제의 설명서에는 종종 "욕조를 손상시키는 유황 성분은 포함되어 있지 않다"는 문구가 있다. 이는 유황천 성분을 모방한 입욕제(유노하나, 무토 610 핫프) 등과는 달리 '''단일 유황을 성분으로 포함하지 않는다'''는 의미이며, 황산 나트륨 자체는 유황 화합물의 일종이다.

7. 1. 산업 분야

7. 1. 1. 제지

7. 1. 2. 유리 제조

7. 1. 3. 섬유

7. 2. 식품 산업

7. 3. 열 저장

7. 4. 소규모 응용

8. 안전

황산 나트륨은 일반적으로 무독성으로 알려져 있으나,^[44] 주의해서 다룰 필요가 있다. 소량일지라도 일시적인 천식이나 눈의 염증을 일으킬 수 있다. 이러한 위험은 눈 보호대나 종이형 마스크를 이용하여 예방할 수 있다. 운송에는 제한이 없으며 유럽 연합 위험 규정이나 유럽 연합 안전 규정에 적용되지 않는다.^[45] 먼지는 일시적인 천식이나 눈 자극을 유발할 수 있으며, 이 위험은 눈 보호구와 마스크를 사용하면 예방할 수 있다.^[31]

9. 일본에서의 이용

무수물은 습도가 높으면 흡습하기 때문에 건조제로 사용되는 경우가 있다.

10수화물은 완하제로 사용되거나, 방풍통성산, 도핵승기탕 등의 한약의 일부에 망초로서 배합된다^[39].

또한 황산나트륨은 온천에 함유되는 경우가 있는 물질로도 알려져 있으며, 알칼리 금속・알칼리 토금속의 황산염을 포함하는 온천을 통틀어 유산천・유산염천이라고 부른다^[40]. 이 온천을 모방한 가정용 입욕제의 성분으로, 탄산수소나트륨과 함께 황산나트륨이 사용되는 경우가 있다^[41]. 그런데, 일본에서 유통되는 황산나트륨을 배합한 입욕제의 설명서에는 "욕조를 손상시키는 유황 성분은 포함되어 있지 않다"는 기술이 종종 보인다. 이것은 유황천의 성분을 모방한 입욕제(유노하나, 무토 610 핫프) 등과는 달리 '''단일 유황을 성분으로 포함하지 않는다'''는 의미이며, 황산나트륨 자체는 유황 화합물의 하나이다.

참조

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_[3] 논문 Sodium Sulfates Wiley-VCH
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_[23] 웹사이트 Phase-Change Materials for Low-Temperature Solar Thermal Applications https://www.eng.mie-[...] 2014-06-19
_[24] 웹사이트 Phase-Change Materials for Low-Temperature Solar Thermal Applications https://www.eng.mie-[...] 2014-06-19
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