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사이아노젠

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1. 개요

사이아노젠은 두 개의 시아노기가 탄소 원자로 공유 결합된 구조(NCCN)를 가지는 무색 기체로, 특유의 냄새를 지닌다. 냉수와 반응하여 시안화 수소와 시안산을 생성하며, 에테르에 잘 녹고 염산과 반응하여 에틸렌디아민으로 환원된다. 산소와 혼합하여 연소 시 복숭아색 불꽃과 함께 고온을 내며, 고온에서 장시간 가열하면 중합체인 파라시안을 생성한다. 실험실에서는 시안화 수은 열분해, 구리(II) 염 용액에 시안화물 첨가, 오산화 이인에 의한 옥사미드 탈수 등으로 제조하며, 산업적으로는 시안화 수소의 산화, 질소와 아세틸렌의 반응으로 생성된다. 사이아노젠은 다른 시안 화합물과 마찬가지로 매우 유독하며, 흡입 시 치명적일 수 있다.

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사이아노젠 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
사이아노젠의 골격 구조
사이아노젠의 골격 구조
사이아노젠의 볼-스틱 모델
사이아노젠의 볼-스틱 모델
사이아노젠의 공간 채움 모델
사이아노젠의 공간 채움 모델
IUPAC명옥살로니트릴
관용명사이아노젠
비스(나이트라이도카본)(CC)
다이사이안
탄소 나이트라이드
옥살산 다이나이트릴
다이사이아노젠
나이트릴로아세토나이트릴
CY
분자식(CN)₂
몰 질량52.034 g/mol
외형무색 기체
냄새톡 쏘는 아몬드 냄새
물리적 성질
밀도950 mg/mL (-21 °C에서)
녹는점-28 °C
끓는점252.0 K
용해도45 g/100 mL (20 °C에서)
다른 용매에 대한 용해도에탄올, 에틸 에터에 용해됨
헨리 상수1.9 μmol Pa⁻¹ kg⁻¹
굴절률1.327 (18 °C에서)
증기압5.1 atm (21 °C에서)
자기 감수율-21.6·10⁻⁶ cm³/mol
열화학
표준 생성 엔탈피309.07 kJ/mol
표준 연소열−1.0978–−1.0942 MJ/mol
엔트로피241.57 J K⁻¹ mol⁻¹
위험성
GHS 그림 문자''
GHS 신호어위험
H 문구''
P 문구''
NFPA 704건강: 4
화재: 4
반응성: 2
폭발 한계6.6–32%
PEL (허용 노출 한계)없음
IDLH (즉시 생명 또는 건강에 위험한 농도)정보 없음
REL (권장 노출 한계)TWA 10 ppm (20 mg/m³)
주요 위험체내에서 사이안화물 생성
가연성
관련 화합물
관련 알칸나이트릴사이안화 수소
싸이오사이안산
사이아노젠 아이오딘화물
사이아노젠 브로민화물
사이아노젠 염화물
사이아노젠 플루오린화물
사이아노젠 아자이드
아세토나이트릴
아미노아세토나이트릴
글라이콜로나이트릴
프로피오나이트릴
아미노프로피오나이트릴
말로노나이트릴
피발로나이트릴
아세톤 사이아노하이드린
기타 화합물DBNPA
식별 정보
CAS 등록번호460-19-5
UNII534Q0F66RK
펍켐(PubChem)9999
화학 스파이더(ChemSpider)9605
EINECS207-306-5
UN 번호1026
MeSH 이름사이아노젠
ChEBI29308
RTECSGT1925000
바일슈타인 레지스트리 번호1732464
멜린1090
SMILESN#CC#N
표준 InChI1S/C2N2/c3-1-2-4
표준 InChIKeyJMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N

2. 성질

시아노젠은 두 개의 시아노기가 탄소 원자끼리 공유 결합한 구조(NCCN)를 가지지만, 이성체로서 이소시아노젠(NCNC) 및 디이소시아노젠(CNNC)도 알려져 있다.

상온에서는 특유의 냄새를 가진 무색 기체이며, 냉수와 반응하여 시안화 수소와 시안산을 생성한다. 이는 디할로젠 분자(X2)와 유사한 성질을 나타내는 의할로젠의 특성이다. 에테르에 비교적 잘 녹으며, 염산 중에서 주석과 반응시키면 에틸렌디아민으로 환원된다.

산소와 적절히 혼합하여 연소시키면 복숭아색 불꽃을 내며 4600°C의 고온이 된다.[22]

: C2N2 + 2O2 -> 2CO2 + N2

이는 연소 과정에서 물이 생성되지 않기 때문이다. 반면 아세틸렌처럼 연소 시 물이 생성되면, 3000°C 정도에서 물 분자가 해리되어 그 이상의 고온을 얻기 어렵다.[22]

2. 1. 물리적 성질

시아노기 두 개가 탄소 원자끼리 공유 결합한 구조(NCCN)를 가지지만, 이성체로서 이소시아노젠(NCNC) 및 디이소시아노젠(CNNC)도 알려져 있다.

상온에서는 특유의 냄새를 가진 무색 기체이다. 냉수와 반응하여 시안화 수소와 시안산을 생성하는 등, 디할로젠 분자(X2)와 유사한 성질을 나타내는 의할로젠이다. 에테르에 비교적 잘 녹는다.[22]

2. 2. 화학적 성질

시아노기 두 개가 탄소 원자끼리 공유 결합한 구조(NCCN)를 가지지만, 이성질체로 이소시아노젠(NCNC) 및 디이소시아노젠(CNNC)도 알려져 있다.

상온에서는 특유의 냄새를 가진 무색 기체이다. 냉수와 반응하여 시안화 수소와 시안산을 생성하는 등, 디할로젠 분자(X2)와 유사한 성질을 나타내는 의할로젠이다.

에테르에 비교적 잘 녹는다. 염산 중에서 주석과 반응시키면 에틸렌디아민으로 환원된다.

산소와의 적절한 혼합기를 연소시키면 복숭아색 불꽃을 내며 4600°C라는 고온이 된다.[22]

: C2N2 + 2O2 -> 2CO2 + N2

이것은 연소에 의해 물이 생성되지 않기 때문이다. 한편 아세틸렌처럼 연소에 의해 물이 생성되면, 3000°C 정도로 물 분자가 해리되기 때문에 그 이상의 고온이 되지 않는다.[22]

고온에서 장시간 가열하면 중합체인 파라시안을 생성하며, 이 중합은 빛을 쬐면 촉진된다. 파라시안은 불용성 흑갈색 분말로, 800°C 이상으로 가열하면 다시 디시안을 유리한다.

2. 3. 이성질체

사이아노젠(NCCN)은 원자 순서가 다른 덜 안정적인 이성질체를 가진다. 이성질체로는 이소시아노젠(NCNC)과 디이소시아노젠(CNNC)이 있다.[22]

3. 제조법

사이아노젠은 시안화물 화합물로부터 생성된다. 실험실에서는 시안화 수은(II) 열분해, 구리(II) 염 용액과 시안화물 반응, 오산화 이인에 의한 옥사미드(수산 아미드) 탈수, 탄소질소의 고온 가열 등을 통해 사이아노젠을 만든다.[10][23]

산업적으로는 시안화 수소를 산화시켜 생성하는데, 염소와 활성화된 이산화 규소 촉매를 사용하거나, 이산화 질소구리 염을 사용한다. 질소아세틸렌을 전기 불꽃이나 방전으로 반응시켜 사이아노젠을 얻기도 한다.[11][24]

3. 1. 실험실 제법

사이아노젠은 일반적으로 시안화물 화합물로부터 생성된다. 실험실에서 사이아노젠을 만드는 방법은 다음과 같다.

  • 시안화 수은(II) 열분해[10][23]
  • 구리(II) 염 (예: 황산 구리(II)) 용액과 시안화물 반응: 불안정한 시안화 구리(II)가 생성되어 빠르게 시안화 구리(I)와 사이아노젠으로 분해된다.[10][23]
  • 오산화 이인에 의한 옥사미드(수산 아미드, oxamide|옥사마이드영어) 탈수[23]
  • 탄소질소의 고온 가열[23]

3. 2. 산업적 제법

산업적으로 사이아노젠은 시안화 수소를 산화시켜 생성한다. 이때 염소와 활성화된 이산화 규소 촉매를 사용하거나, 이산화 질소구리 염을 사용한다.[11][24] 또한, 질소아세틸렌을 전기 불꽃이나 방전으로 반응시켜 사이아노젠을 얻을 수 있다.[11][24]

4. 파라시아노젠

파라사이아노젠
파라사이아노젠은 사이아노젠의 중합체이다. 시안산 수은(II)를 가열하여 가장 잘 제조할 수 있으며, 시안화 은, 시안산 은, 요오드화 시아노젠, 시아누르산 요오드를 가열하여 제조할 수도 있다.[12] 미량의 불순물이 있는 상태에서 300°C~500°C에서 사이아노젠을 중합하거나, 800°C로 가열하여 다시 사이아노젠으로 변환할 수 있다.[9] 실험적 증거에 따르면, 이 중합체 물질의 구조는 상당히 불규칙하며, 대부분의 탄소 원자는 sp2 타입이고 π 공액의 국부적인 영역을 갖는 것으로 생각된다.[13]

고온에서 장시간 가열하면 중합체인 파라시안을 생성하며, 이 중합은 빛을 쬐면 촉진된다. 파라시안은 불용성 흑갈색 분말로, 800°C 이상으로 가열하면 다시 디시안을 유리한다.

5. 역사

조제프 루이 게이뤼삭은 1815년에 시아노젠을 처음 합성하여 실험식을 결정하고 이름을 붙였다. 시아노젠이라는 이름은 그리스어 κυανός|kyanos|푸른색grc와 γεννάω|gennao|생성하다grc에서 유래되었는데, 이는 시안화물이 스웨덴 화학자 칼 빌헬름 셸레에 의해 프러시안 블루 색소에서 처음 분리되었기 때문이다.[14][26]

19세기 말 비료 산업이 성장하면서 시아노젠은 중요한 물질이 되었고, 현재까지도 많은 비료 생산에서 중요한 중간체로 남아있다. 니트로셀룰로스 생산의 안정제로도 사용된다.

1910년 핼리 혜성의 분광 분석 결과 혜성 꼬리에서 시아노젠이 발견되었다. 이로 인해 지구가 혜성 꼬리를 통과하면서 사람들이 중독될 것이라는 두려움이 생겼다. 뉴욕 사람들은 방독면을 착용했고, 상인들은 중독을 막는다는 돌팔이 "혜성 알약"을 팔기도 했다.[15] 그러나 혜성 꼬리는 극도로 희박하기 때문에 지구가 꼬리를 통과해도 아무런 영향이 없었다.[16][17]

6. 안전성

시아노젠은 다른 시안 화합물과 마찬가지로 매우 유독하다. 시안화물로 환원되어 시토크롬 c 산화 효소 복합체를 중독시켜 미토콘드리아의 전자 전달 연쇄를 방해한다.[18] 사이아노젠 가스는 눈과 호흡기를 자극한다. 흡입 시 노출 정도에 따라 두통, 현기증, 빠른 맥박, 메스꺼움, 구토, 의식 상실, 경련 및 사망을 초래할 수 있다.[18] 흡입 치사량은 일반적으로 100mg~150mg이다.

7. 기타

닥터 후의 "모비우스의 두뇌" 에피소드에서는 닥터가 시안화 수소를 사용하여 사이아노젠을 합성하는 장면이 나온다.[21] 1987년 영화 드래그넷에서는 악당들이 "가상 할로겐 화합물 사이아노젠"을 훔치는 내용이 나온다.[21]

참조

[1] 서적 Nomenclature of Organic Chemistry : IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013 (Blue Book) Royal Society of Chemistry 2014
[2] 웹사이트 oxalonitrile (CHEBI:29308) https://www.ebi.ac.u[...] European Bioinformatics Institute 2006-10-27
[3] 서적 NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards Department of Health and Human Services, Centers for Disease Control, National Institute for Occupational Safety & Health 2007-09
[4] 서적 The Merck Index https://archive.org/[...] Merck & Co.
[5] 간행물 PGCH|0161
[6] 논문 Low-lying singlet excited states of isocyanogen
[7] 서적 Encyclopedia of Astrobiology
[8] 간행물 Cyanogen Bromide http://www.orgsyn.or[...]
[9] 서적 Greenwood&Earnshaw2nd
[10] 논문 The Synthesis And Chemistry Of Cyanogen
[11] 논문 The Fixation of Atmospheric Nitrogen https://zenodo.org/r[...] 1889-01
[12] 논문 Paracyanogen: its formation and properties. Part I
[13] Submitted manuscript Paracyanogen Reexamined https://zenodo.org/r[...]
[14] 논문 Recherches sur l'acide prussique https://books.google[...] 1815
[15] 웹사이트 Cometary Poison Gas Geyser Heralds Surprises https://science.nasa[...] 2010-11-02
[16] 뉴스 Comet's Poisonous Tail https://timesmachine[...] 1910-02-08
[17] 웹사이트 Halley's Comet 100 years ago https://www.denverpo[...] 2010-05-25
[18] 서적 Hazards in the Chemical Laboratory The Royal Institute of Chemistry
[19] 논문 Cyanogen Flames and the Dissociation Energy of N2
[20] 논문 The Temperature of the Cyanogen-Oxygen Flame
[21] 웹사이트 The trichlornitromethane and the pseudo-halogenic compound cyanogen https://getyarn.io/y[...] 2021-08-18
[22] 논문 Cyanogen Flames and the Dissociation Energy of N2
[23] 논문 The Synthesis And Chemistry Of Cyanogen
[24] 논문 Showing the Progress and Development of Processes for the manufacture of Cyanogen and its Derivates (in: THE FIXATION OF ATMOSPHERIC NITROGEN)
[25] 서적 Greenwood&Earnshaw2nd
[26] 논문 Recherches sur l'acide prussique https://books.google[...]
[27] 서적 Hazards in the Chemical Laboratory The Royal Institute of Chemistry
[28] 서적 Nomenclature of Organic Chemistry : IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013 (Blue Book) The Royal Society of Chemistry 2014
[29] 웹인용 oxalonitrile (CHEBI:29308) https://www.ebi.ac.u[...] European Bioinformatics Institute 2006-10-27
[30] 서적 NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards Department of Health and Human Services, Centers for Disease Control, National Institute for Occupational Safety & Health 2007-09
[31] 서적 The Merck Index https://archive.org/[...] Merck & Co.
[32] 간행물 PGCH|0161



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