과염소산 암모늄

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1. 개요
2. 생성
3. 화학적 성질 및 분해
4. 용도
5. 위험성 및 규제
6. 환경 및 건강 문제
참조

1. 개요

과염소산 암모늄(AP)은 암모니아와 과염소산의 반응으로 생성되는 무색 결정으로, 고체 연료 추진제의 주요 구성 요소이다. AP는 염화 암모늄과 과염소산 나트륨의 염 치환 반응을 통해서도 생산될 수 있다. AP는 대부분의 암모늄염과 마찬가지로 가열 시 분해되며, 강한 가열은 폭발을 일으킬 수 있다. AP는 입자 크기에 따라 산화제 또는 폭발물로 분류되며, 고체 로켓 추진제, 폭약, 접착제 등에 사용된다. AP 자체는 급성 독성이 낮지만, 만성적인 노출은 갑상선에 문제를 일으킬 수 있으며, 연소 생성물은 유해하다. AP는 GHS에 따라 규제되며, 각국에서 저장 및 운반에 대한 규제가 존재한다.

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과염소산 암모늄 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
과염소산 암모늄
결정 구조 단위 세포

IUPAC 이름	과염소산 암모늄
다른 이름	AP
식별
화학 물질 식별 번호 (CAS 레지스트리)	7790-98-9
유럽 공동체 목록 번호 (EINECS)	232-235-1
독성 및 유해 물질 등록 시스템 (RTECS)	SC7520000
UN 번호	1442
PubChem	24639
ChemSpider	23041
UNII	Z3DQ8VD57X
InChI	1/ClHO4.H3N/c2-1(3,4)5;/h(H,2,3,4,5);1H3
SMILES	[O-]Cl(=O)(=O)=O.[NH4+]
표준 InChI	1S/ClHO4.H3N/c2-1(3,4)5;/h(H,2,3,4,5);1H3
표준 InChI 키	HHEFNVCDPLQQTP-UHFFFAOYSA-N
특성
화학식	NH₄ClO₄
몰 질량	117.49 g/mol
외관	흰색 결정
밀도	1.95 g/cm³
용해도	11.56 g/100 mL (0 °C)
다른 용매에 대한 용해도	메탄올에 용해됨
녹는점	200 °C 이상에서 발열 분해
구조
결정 구조	사방정계 (240 °C 미만)
열화학
표준 생성 엔탈피 (ΔH_f^o)	-295.77 kJ/mol
위험성
GHS 그림 문자	[[파일:GHS01.svg\|30px]] [[파일:GHS03.svg\|30px]] [[파일:GHS07.svg\|30px]] [[파일:GHS08.svg\|30px]]
신호어	위험
미국 화재 예방 협회 (NFPA)	건강: 1
자연 발화점	240 °C
관련 화합물
다른 음이온	염소산 암모늄
다른 양이온	과염소산 칼륨
기타 화합물	과염소산

2. 생성

과염소산 암모늄은 암모니아와 과염소산의 반응으로 생성된다.^[6] 이 공정은 과염소산의 산업적 생산을 위한 주요 배출구이다. 또한 암모늄염과 과염소산 나트륨의 염복분해 반응을 통해 생성될 수 있는데,^[6] 이 공정은 과염소산 나트륨 용해도의 약 10%인 NH₄ClO₄의 상대적으로 낮은 용해도를 이용한다. 과염소산 나트륨 수용액에 염화 암모늄을 첨가하여 석출시켜 생산할 수도 있다.^[14]

과염소산 암모늄은 무색의 능면체로 결정화된다.

3. 화학적 성질 및 분해

과염소산 암모늄(AP)은 암모니아와 과염소산의 반응으로 생성된다. 이 공정은 과염소산의 산업적 생산에서 주로 사용된다. 또한 암모늄염과 과염소산나트륨의 염복분해 반응을 통해서도 생성할 수 있는데, 이는 과염소산나트륨 용해도(약 10%)에 비해 NH4ClO4의 용해도가 상대적으로 낮다는 점을 이용한다.

과염소산 암모늄은 무색의 능면체 결정 형태를 띤다.

대부분의 암모늄염과 마찬가지로 과염소산 암모늄은 녹기 전에 분해된다. 약한 가열 시 염화 수소, 질소, 산소, 물이 생성된다.

:4 NH4ClO4 → 4 HCl + 2 N2 + 5 O2 + 6 H2O

과염소산 암모늄의 연소는 매우 복잡하여 널리 연구된다. 고압 연소 과정에서는 결정 표면에 얇은 액체 층이 관찰되기도 하지만, AP 결정은 녹기 전에 분해된다.^[7] 강하게 가열하면 폭발할 수 있다. 완전 연소 후에는 잔류물이 남지 않는다. 순수한 결정은 2 MPa 이하의 압력에서는 화염을 유지할 수 없다.

과염소산 암모늄은 입자 크기가 15마이크로미터 이상이면 4급 산화제(폭발성 반응을 일으킬 수 있음)로 분류되며,^[8] 15마이크로미터 미만이면 폭발물로 분류된다.^[9]^[10]

가열하면 약 150℃에서 분해되기 시작하여 산소를 발생시키고, 400℃에서 발화한다. 분해 시 다량의 가스가 발생하므로 위험하다.^[13]

:2 NH4ClO4 → Cl2 + N2 + 2 O2 + 4 H2O

4. 용도

과염소산 암모늄의 주요 용도는 고체 연료 추진제를 만드는 것이다.^[11] AP는 연료(분말 알루미늄 및/또는 엘라스토머 바인더)와 혼합되면 대기압보다 훨씬 낮은 압력에서도 자체 연소를 생성할 수 있다. 이는 수십 년 동안 고체 로켓 추진제 (우주 발사 ( 우주왕복선 고체 로켓 부스터 포함), 군사, 아마추어, 취미 고출력 로켓 및 일부 불꽃놀이)에서 사용된 중요한 산화제이다.

제1차 세계 대전 동안 영국과 프랑스는 과염소산 암모늄을 포함한 혼합물(예: "발스틴")을 고성능 폭약의 대체품으로 사용했다.

과염소산 암모늄과 합성 고무, 금속 분말 등을 혼합하여 성형한 복합 추진제(APCP)는 로켓 엔진 추진제에 사용된다. 복합 추진제를 사용한 고체 연료 로켓의 부스터는 미국의 우주왕복선과 일본의 H-II 로켓에서 사용된다. 또한 과염소산 암모늄은 산업용 화약의 일종인 카릿의 주원료로도 사용된다.

일부 에폭시계 접착제는 300℃까지 결합력을 갖는다.

5. 위험성 및 규제

대부분의 암모늄염과 마찬가지로 과염소산 암모늄은 녹기 전에 분해된다. 약한 가열은 염화 수소, 질소, 산소, 물을 생성한다.^[7]

: 4 NH₄ClO₄ → 4 HCl + 2 N₂ + 5 O₂ + 6 H₂O

과염소산 암모늄의 연소는 매우 복잡하며 널리 연구된다. 과염소산 암모늄 결정은 고압 연소 과정에서 얇은 액체층이 결정 표면에서 관찰되었음에도 불구하고 융해되기 전에 분해된다.^[7] 강한 가열은 폭발로 이어질 수 있다. 완전한 반응은 잔류물을 남기지 않는다. 순수한 결정은 2 MPa 미만의 압력에서는 화염을 유지할 수 없다.

과염소산 암모늄은 입자 크기가 15 마이크로미터 이상일 경우 4급 산화제(폭발성 반응을 겪을 수 있음)^[8]이며, 입자 크기가 15 마이크로미터 미만일 경우 폭발물로 분류된다.^[9]^[10]

과염소산염 자체는 급성 독성을 거의 나타내지 않는다. 예를 들어, 과염소산 나트륨의 LD₅₀은 2–4g/kg이며, 섭취 후 빠르게 배출된다.^[6] 그러나 낮은 농도에서도 과염소산염에 만성적으로 노출되면 요오드를 대체하여 갑상선에 문제를 일으키는 것으로 나타났다.

가열하면 약 150℃에서 분해를 시작하여 산소를 발생시키고, 400℃에서 발화한다. 분해 시 다량의 가스를 발생시키므로 위험하다.^[13]

: 2 NH₄ClO₄ → Cl₂ + N₂ + 2 O₂ + 4 H₂O

강하게 가열하면 폭발을 일으키는 경우가 있다.

GHS에서 화약류 (등급 1.1) 또는 산화성 고체 (구분 2)에 해당하며, 각국에서 저장 및 운반에 규제가 있다. (유엔 번호 0402 또는 1442). 일본에서는 선박 안전법 및 항공법에 의해 GHS에 기초한 규제가 있으며, 또한 소방법에 따른 위험물 제1류로 지정되어 있다.

연소 생성물에는 유독하고 발암성이 있으며 오존층을 파괴하고, 산성비 및 지구 온난화의 원인이 되는 염소 화합물이 포함되어 있다.

6. 환경 및 건강 문제

과염소산염 자체는 급성 독성을 거의 나타내지 않는다. 예를 들어 과염소산 나트륨의 LD₅₀은 2–4g/kg이며, 섭취 후 빠르게 배출된다.^[6] 그러나 낮은 농도에서도 과염소산염에 만성적으로 노출되면 요오드를 대체하여 갑상선에 문제를 일으키는 것으로 나타났다.

GHS에서 화약류(등급 1.1) 또는 산화성 고체(구분 2)에 해당하며, 각국에서 저장 및 운반에 규제가 있다. (유엔 번호 0402 또는 1442). 일본에서는 선박 안전법 및 항공법에 의해 GHS에 기초한 규제가 있으며, 또한 소방법에 따른 위험물 제1류로 지정되어 있다.

연소 생성물에는 유독하고 발암성이 있으며 오존층을 파괴하고, 산성비 및 지구 온난화의 원인이 되는 염소 화합물이 포함되어 있다.

참조

_[1] 웹사이트 MSDS https://www.sigmaald[...]
_[2] 서적 CRC Handbook of Chemistry and Physics CRC Press 2018-06-18
_[3] 간행물 Effects of Nanometer Ni, Cu, Al and NiCu Powders on the Thermal Decomposition of Ammonium Perchlorate
_[4] 웹사이트 NIST-JANAF Themochemical Tables, Fourth Edition https://webbook.nist[...] 1998-02-11
_[5] 웹사이트 Ammonium perchlorate MSDS https://www.sciencel[...] Sigma-Aldrich
_[6] 간행물 Chlorine Oxides and Chlorine Oxygen Acids Wiley-VCH
_[7] 학술지 Deflagration Rate, Surface Structure and Subsurface Profile of Self-Deflagrating Single Crystals of Ammonium Perchlorate
_[8] 문서 NFPA 400: Hazardous Materials Code
_[9] 문서 NFPA 495: Explosive Materials Code
_[10] 보고서 Development of an Enhanced Hazard Classification System for Oxidizers Research Project, Technical Report Safety Engineering Laboratories, Inc., The Fire Protection Research Foundation 2006-04-13
_[11] 웹사이트 Perchlorate: Overview of Issues, Status, and Remedial Actions http://www.itrcweb.o[...] 2005-09
_[12] 간행물 Effects of Nanometer Ni, Cu, Al and NiCu Powders on the Thermal Decomposition of Ammonium Perchlorate
_[13] 학술지 Deflagration Rate, Surface Structure and Subsurface Profile of Self-Deflagrating Single Crystals of Ammonium Perchlorate
_[14] 간행물 Chlorine Oxides and Chlorine Oxygen Acids Wiley-VCH
_[15] 웹사이트 MSDS https://www.sigmaald[...]
_[16] 서적 CRC Handbook of Chemistry and Physics https://archive.org/[...] CRC Press 2018-06-18
_[17] 간행물 Effects of Nanometer Ni, Cu, Al and NiCu Powders on the Thermal Decomposition of Ammonium Perchlorate
_[18] 웹사이트 Ammonium perchlorate MSDS https://www.sciencel[...] Sigma-Aldrich

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