황산 납(II)

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1. 개요

황산 납(II)은 납과 황산 이온으로 구성된 무기 화합물로, 세레스타인, 중정석과 같은 사방정계 결정 구조를 갖는다. 납 축전지의 활물질, 안료, 실험실 시약 등으로 사용되며, 납 화합물이므로 흡입, 섭취, 피부 접촉을 통해 독성을 나타낸다. 황산 납(II)은 산화 납, 수산화 납, 탄산 납을 황산으로 처리하거나, 가용성 납 염을 황산으로 처리하여 제조할 수 있다.

황산 납(II) - [화학 물질]에 관한 문서

개요

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황산 납(II) 샘플

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황산 납(II)의 결정 구조

IUPAC 이름	황산 납(II)
다른 이름	앵글사이트 속성 백색 우유 백색 아납 황산염

식별 정보

CAS 등록번호	7446-14-2
ChemSpider ID	19956579
EC 번호	231-198-9
PubChem CID	24008
RTECS 번호	해당 없음
UN 번호	1759 1794
UNII	C516H654O8
InChI	1S/H2O4S.Pb.4H/c1-5(2,3)4;;;;;/h(H2,1,2,3,4);;;;;/q;+2;;;;/p-2
InChIKey	PIJPYDMVFNTHIP-QKXYEYSFAV
SMILES	[O-]S(=O)(=O)[O-].[PbH4+2]
표준 InChI	1S/H2O4S.Pb.4H/c1-5(2,3)4;;;;;/h(H2,1,2,3,4);;;;;/q;+2;;;;/p-2
표준 InChIKey	PIJPYDMVFNTHIP-UHFFFAOYSA-L
InChIKey1	PIJPYDMVFNTHIP-UHFFFAOYSA-L

속성

화학식	PbSO₄
몰 질량	303.26 g/mol
외관	흰색 고체
밀도	6.29 g/cm³
녹는점	1087 °C (분해)
용해도	0.0032 g/100 mL (15 °C) 0.0404 g/100 mL (25 °C)
용해도곱 상수	2.13 x 10⁻⁸ (20 °C)
다른 용매에 대한 용해도	알코올에 불용 아세트산 암모늄에 용해 (≥ 6 mol/L) 염화 암모늄과 암모니아 존재 하에 타르타르산 암모늄에 용해
굴절률	1.877
자기 감수율	−69.7·10⁻⁶ cm³/mol

구조

결정 구조	사방정계, 중정석
배위수	해당 없음

열화학

표준 생성 엔탈피	-920 kJ·mol⁻¹
엔트로피	149 J·mol⁻¹·K⁻¹
열용량	103 J/degree mol

위험성

GHS 신호어	위험
NFPA 704	건강: 3 인화성: 0 반응성: 0 기타: 해당 없음
인화점	불연성
PEL	해당 없음
TLV	0.15 mg/m³

다른 음이온	염화 납(II), 브롬화 납(II), 아이오딘화 납(II), 플루오린화 납(II)
다른 양이온	황산 주석(II), 황산 나트륨, 황산 구리(II)
다른 작용기	해당 없음
작용기	해당 없음
관련 화합물	해당 없음

2. 구조

황산 납(II)은 세레스타인(황산 스트론튬), 중정석(황산 바륨)과 같은 사방정계 결정 구조를 갖는다. 이 세 광물은 모두 공간군 Pbnm(번호 62)에 속한다. 각 납(II) 이온은 7개의 황산 이온에서 12개의 산소 원자로 둘러싸여 PbO₁₂ 다면체를 형성한다. 납-산소 거리는 2.612Å에서 3.267Å 사이이며 평균 거리는 2.865Å이다.

2.1. 배위 기하학

황산 납(II)()은 세레스타인(황산 스트론튬)과 중정석(황산 바륨)과 동일한 사방정계 결정 구조를 갖는다. 이 세 광물의 구조는 모두 공간군 Pbnm(번호 62)에 속한다. 각 납(II) 이온은 7개의 황산 이온에서 12개의 산소 원자로 둘러싸여 PbO₁₂ 다면체를 형성한다. 납-산소 거리는 2.612Å에서 3.267Å 사이이며 평균 거리는 2.865Å이다.

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황산 납(II)의 배위 기하학
납 배위	황산염 배위

3. 제조

산화 납, 수산화 납 또는 탄산 납을 따뜻한 황산으로 처리하거나 가용성 납 염을 황산으로 처리하여 황산 납(II)을 제조한다.

질산 납(II)과 황산 나트륨 용액을 반응시켜서도 만들 수 있다. 질산 납(II) 또는 아세트산 납(II) 등 물에 녹는 납염 수용액에 묽은 황산이나 황산염 수용액을 가하면 흰색 침전물이 생성된다.

납 축전지의 활물질로는 산화 납(II)에 묽은 황산을 첨가하여 만든 페이스트 형태의 물질이 사용되는데, 이는 PbSO4·PbO, PbSO4·2PbO, PbSO4·3PbO, PbSO4·4PbO와 같은 조성을 가진 다양한 염기성 염을 포함한다.

4. 성질

황산 납(II)은 진한 HNO₃, HCl, H₂SO₄에 용해되어 산성 염 또는 착물을 생성하며, 진한 알칼리에는 가용성 테트라히드록시도플럼베이트(II) [Pb(OH)₄]²⁻ 착물을 생성하며 용해된다. 1000 °C 이상으로 가열하면 분해된다.

무색의 결정 또는 분말이며, 결정은 사방정계의 황산 바륨형 구조가 안정적이지만, 단사정계의 동질이상체도 존재한다. 물에 잘 녹지 않으며, 용해도곱은 다음과 같다.

: $K_{sp} = 7.2{\times}10^{-8}$

과량의 알칼리 수용액에는 납산염을 생성하여 용해되지만, 농후 알칼리 수용액의 경우에는 산화 납(II)로 변화한다. 농황산에 용해시키면 황산수소납이 된다. 아세트산염 및 주석산염 수용액에는 착체를 생성하여 용해된다. 1170℃에서 용융되지만, 1000℃ 부근부터 분해가 시작되어 이산화 황 및 삼산화 황을 발생하면서 산화 납(II) 또는 사산화 삼납이 된다.

5. 용도

황산 납(II)은 납 축전지의 양극 및 음극 활물질로 사용된다. 양극과 음극 모두 방전된 형태이며, 충전 시 양극은 산화되어 산화 납(IV)으로, 음극은 환원되어 단체 납이 된다.

:{PbO2} + {4H^+} + {SO4^{2-}} + 2{\it{e}^-} <=> {PbSO4} + 2H2O , $E^\circ = 1.698\mbox{ V}$
:{PbSO4} + 2{\it{e}^-} <=> {Pb} + SO4^{2-}\ , $E^\circ = -0.3505\mbox{ V}$

안료, 페인트 안료, 실험실 시약으로도 사용된다.

6. 염기성 황산납

납 염기성 황산염으로 다음과 같은 물질들이 알려져 있다.

* PbSO₄·PbO
* PbSO₄·2PbO
* PbSO₄·3PbO
* PbSO₄·4PbO

이들은 납 축전지용 활성 페이스트 제조에 사용된다. 관련 광물로는 레드힐라이트가 있다.

고농도 황산(80% 초과)에서는 납 수소황산염(Pb(HSO₄)₂)이 형성된다.

7. 독성

황산 납(II)은 흡입, 섭취 및 피부 접촉에 의해 독성을 나타낸다. 이는 누적 독극물이며, 반복적으로 노출되면 빈혈, 신장 손상, 시력 손상 또는 중추 신경계 손상(특히 어린이에게)을 유발할 수 있다. 또한 부식성이 있어 눈에 접촉하면 심한 자극이나 화상을 유발할 수 있다. 일반적인 임계 허용 농도는 0.15mg/m3이다.