황화 칼슘
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1. 개요
황화 칼슘(CaS)은 황산 칼슘의 탄소 열환원 반응이나 르블랑 공정의 부산물로 생성되는 화합물이다. 물과 반응하여 황수소화 칼슘, 수산화 칼슘, 황화 수소 등을 생성하며, 산과 반응하여 유독한 황화 수소 기체를 방출한다. 또한 인광성을 띠며, 석회 유황 합제의 제조에도 사용된다. 자연에서는 올드햄광 형태로 발견되며, 일부 운석의 구성 성분이기도 하다.
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| 황화 칼슘 - [화학 물질]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
 | |
| IUPAC 명칭 | 황화 칼슘 |
| 다른 이름 | 황화 칼슘 일종 헤파 칼키에스 유황 석회 올드햄 광물 |
| 화학식 | CaS |
| 분자량 | 72.143 g/mol |
| 외관 | 흰색 결정, 흡습성 있음 |
| 밀도 | 2.59 g/cm³ |
| 용해도 | 가수 분해됨 |
| 다른 용매에 대한 용해도 | 알코올에 녹지 않음, 산과 반응 |
| 굴절률 | 2.137 |
| 녹는점 | 2525 °C |
| 구조 | |
| 결정 구조 | 염화 나트륨 (입방정계), cF8 |
| 공간군 | Fm3m, No. 225 |
| 배위 | 팔면체 (Ca²⁺), 팔면체 (S²⁻) |
| 위험성 | |
| 주요 위험 | 물과 반응하여 H₂S 방출 |
| NFPA 704 | 건강: 2 화재: 0 반응성: 3 |
| GHS 신호어 | 경고 |
| 관련 화합물 | |
| 다른 음이온 | 산화 칼슘 |
| 다른 양이온 | 황화 마그네슘 황화 스트론튬 황화 바륨 |
| 다른 황화물 | 황화 나트륨 |
| 기타 정보 | |
| CAS 등록번호 | 20548-54-3 |
| EINECS | 243-873-5 |
2. 생성
황화 칼슘(CaS)은 황산 칼슘을 탄소로 환원시켜 생성할 수 있다. 석회유 Ca(OH)2를 원소 황과 반응시켜 만드는 "석회 유황"은 살충제로 사용되는데, இதில் 활성 성분은 CaS가 아닌 칼슘 폴리설파이드일 가능성이 높다.[3]
2. 1. 황산 칼슘 환원
탄소 열환원 반응을 통해 황산 칼슘에서 황화 칼슘(CaS)을 생산하며, 이 과정에서 탄소는 숯 형태로 변환되어 이산화 탄소를 생성한다.[1]:CaSO4 + 2 C → CaS + 2 CO2
황화 칼슘은 황산 칼슘과 추가적으로 다음과 같이 반응한다.[8]
:3 CaSO4 + CaS → 4 CaO + 4 SO2
두 번째 반응에서 황산염(+6 산화수)은 황화물(-2 산화수)을 이산화 황(+4 산화수)로 산화시키며, 동시에 자신은 이산화 황(+4 산화수)으로 환원된다.
황화 칼슘은 황산 칼슘과 탄소의 혼합물을 공기를 차단한 상태에서 900℃로 가열하여 생성한다.
2. 2. 르블랑 공정
황화 칼슘(CaS)은 탄산 나트륨을 생산하는 주요 산업 공정이었던 르블랑 공정의 부산물이기도 하다. 이 공정에서 황화 나트륨은 탄산 칼슘과 반응한다.[1]:Na2S + CaCO3 → CaS + Na2CO3
수백만 톤의 이 황화 칼슘 부산물이 폐기되어 광범위한 오염과 논란을 야기했다.[2]
3. 반응성 및 이용
황화 칼슘은 인광성을 띠며, 광원을 제거한 후 최대 1시간 동안 핏빛 붉은색으로 빛난다.[4]
르블랑 공정의 유해 부산물인 황화 칼슘은 탄산 칼슘과 황화 수소로 변환될 수 있으며, 황화 수소는 르블랑 공정에 필요한 황산을 생산하기 위한 연실법의 황 공급원으로 사용될 수 있다.
: CaS(s) + CO2(g) + H2O(l) → CaCO3(s) + H2S(g)
3. 1. 물과의 반응
황화 칼슘은 습한 공기를 포함한 물과 접촉하면 분해되어 Ca(SH)2, Ca(OH)2, Ca(SH)(OH)의 혼합물을 생성한다.:CaS + H2O → Ca(SH)(OH)
:Ca(SH)(OH) + H2O → Ca(OH)2 + H2S
Ca(SH)(OH)는 더 나아가 물과 반응하여 수산화 칼슘과 황화 수소를 생성한다. 황화 수소는 썩은 달걀과 같은 불쾌한 냄새의 원인 물질이다.
3. 2. 산과의 반응
황화 칼슘은 산과 반응하여 유독성 황화 수소 기체를 방출한다. 염산과 반응하면 다음과 같다.: CaS + 2 HCl → CaCl2 + H2S
3. 3. 석회 유황 합제
수산화 칼슘의 포화 용액은 단체 황과 반응하여 석회 유황 합제를 생성하며, 살충제로 사용되어 왔다.[9] 활성을 갖는 성분은 아마도 황화 칼슘이 아닌 오황화 칼슘이다.[9]3. 4. 기타 반응 및 이용
황화 칼슘은 습한 공기를 포함한 물과 접촉하면 분해되어 Ca(SH)2, Ca(OH)2, Ca(SH)(OH)의 혼합물을 생성한다.[4]:CaS + H2O → Ca(SH)(OH)
:Ca(SH)(OH) + H2O → Ca(OH)2 + H2S
산과 반응하여 유독성 황화 수소 기체를 방출하는데, 예를 들어 염산과 반응하면 다음과 같다.[4]
: CaS + 2 HCl → CaCl2 + H2S
Ca(SH)(OH)는 더 나아가 물과 반응하여 수산화 칼슘과 황화 수소를 생성한다. 황화 수소는 썩은 달걀과 같은 불쾌한 냄새의 원인 물질이다.[4]
황화 칼슘은 인광성을 띠며, 광원을 제거한 후 최대 1시간 동안 핏빛 붉은색으로 빛난다.[4]
수산화 칼슘의 포화 용액은 단체 황과 반응하여 석회 유황 합제를 생성한다. 이것은 살충제로 사용되어 왔다. 활성을 갖는 성분은 아마도 황화 칼슘이 아닌 오황화 칼슘이다.[9]
4. 자연 발생
올드햄광은 황화 칼슘(CaS)의 광물학적 형태이다. 올드햄광은 일부 운석의 희귀한 구성 성분이며, 태양 성운 연구에 과학적 중요성을 지닌다.[5][6] 석탄 폐기물 소각 시에도 황화 칼슘이 생성될 수 있다.[7]
참조
[1]
백과사전
Sodium Carbonates
Wiley-VCH
[2]
논문
It was all about alkali
http://pubs.acs.org/[...]
2002-01
[3]
서적
Inorganic Chemistry
Academic Press
[4]
웹사이트
Red Glow in the Dark Powder - Calcium Sulfide
https://www.technogl[...]
[5]
웹사이트
Oldhamite
https://www.mindat.o[...]
[6]
웹사이트
List of Minerals
https://www.ima-mine[...]
2011-03-21
[7]
논문
Oldhamite-periclase-portlandite-fluorite assemblage and coexisting minerals of burnt dump in Siemianowice Ślaskie-Dabrówka Wielka area (Upper Silesia, Poland) - preliminary report
https://www.research[...]
2006-01
[8]
웹사이트
硫酸カルシウムの還元熱分解による硫化カルシウム生成特性
https://www.jstage.j[...]
2024-11-06
[9]
서적
Inorganic Chemistry
Academic Press
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