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사이안화 나트륨

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1. 개요

사이안화 나트륨(NaCN)은 시안화 수소와 수산화 나트륨의 반응으로 생성되는 무색의 고체로, 금속 제련, 도금, 유기 합성 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용된다. 전 세계적으로 연간 약 50만 톤이 생산되며, 금 추출 과정에서 금속 금을 용해시키는 데 주로 사용된다. 사이안화 나트륨은 시안화 칼륨과 유사한 화학적 성질을 가지며, 산과 반응하면 유독 가스인 시안화 수소를 생성한다. 또한, 다른 수용성 시안화물 염과 마찬가지로 매우 강력한 세포 호흡 억제제로, 섭취 시 치명적인 독성을 나타낸다. 1980년 일본 오부시 화재, 2015년 톈진 폭발 사고 등 사고 사례가 있으며, 곤충학에서 곤충 채집 용기로 사용되기도 했다.

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사이안화 나트륨 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
시안화 나트륨 결합
시안화 나트륨 결합
시안화 나트륨 결합
시안화 나트륨 결합
화학식NaCN
분자량49.0072 g/mol
외형흰색 고체
냄새희미한 쓴 아몬드 냄새
밀도1.5955 g/cm3
용해도48.15 g/100 mL (10 °C)
용해도 (25 °C)63.7 g/100 mL
기타 용해도암모니아, 메탄올, 에탄올에 용해됨
기타 용해도 (미량)N,N-디메틸포름아미드, SO2에 아주 약간 용해됨
기타 용해도 (불용성)디메틸 설폭사이드에 불용성
녹는점563.7 °C
끓는점1496 °C
굴절률1.452
열화학
열용량70.4 J·mol−1·K−1
엔트로피115.6 J·mol−1·K−1
생성 엔탈피−87.5 kJ·mol−1
자유 에너지 변화−76.4 kJ·mol−1
융해열8.79 kJ·mol−1
위험성
NFPA 704NFPA-H: 4
NFPA-F: 0
NFPA-R: 0
NFPA-S:
인화점불연성
LD50 (쥐, 경구)6.44 mg/kg
LD50 (양, 경구)4 mg/kg
LD50 (포유류, 경구)15 mg/kg
LD50 (쥐, 경구)8 mg/kg
IDLH (CN 기준)25 mg/m3
REL (CN 기준)C 5 mg/m3 (4.7 ppm) [10분]
PELTWA 5 mg/m3
관련 화합물
관련 양이온시안화 칼륨
관련 화합물시안화 수소
식별 정보
CAS 등록번호143-33-9
UN 번호1689
EINECS 번호205-599-4
PubChem CID8929
RTECS 번호VZ7525000
ChemSpider ID8587
ChEMBL ID1644697
UNIIO5DDB9Z95G
InChI1S/CN.Na/c1-2;/q-1;+1
InChIKeyMNWBNISUBARLIT-UHFFFAOYAG
SMILES[C-]#N.[Na+]
표준 InChI1S/CN.Na/c1-2;/q-1;+1
표준 InChIKeyMNWBNISUBARLIT-UHFFFAOYSA-N

2. 생산 및 화학 성질

사이안화 수소수산화 나트륨의 중화 반응으로 사이안화 나트륨이 생성된다.[22]

: HCN + NaOH → NaCN + H2O

2006년 전 세계 사이안화 나트륨 생산량은 50만 톤으로 추정된다. 과거에는 카스트너-켈너 공정을 통해 생산되었는데, 이는 고온에서 탄소와 나트륨 아미드를 반응시키는 방식이다.

: NaNH2 + C → NaCN + H2

고체 사이안화 나트륨은 염화 나트륨(NaCl)과 유사한 결정 구조를 가지며,[5] 음이온과 양이온 모두 6배위이다. 시안화 칼륨(KCN)도 이와 비슷한 구조를 갖는다.[6]

2. 1. 화학적 성질

사이안화 나트륨(NaCN)은 사이안화 수소(HCN)와 수산화 나트륨(NaOH)의 중화 반응으로 생성된다.[4]

: HCN + NaOH → NaCN + H2O

으로 처리하면 유독 가스인 사이안화 수소가 생성된다.

: NaCN + H+ → HCN + Na+

사이안화 나트륨은 약산에서 유래한 염이므로 가수 분해를 통해 쉽게 HCN으로 되돌아간다. 습한 고체는 소량의 시안화 수소를 방출하는데, 이는 쓴 아몬드 냄새와 유사하다 (모든 사람이 이 냄새를 맡을 수 있는 것은 아니며, 냄새를 맡는 능력은 유전적 특성에 따른다[7]). 사이안화 나트륨은 강산과 빠르게 반응하여 시안화 수소를 방출한다. 이러한 위험성은 시안화물 염과 관련된 주요 위험 요소 중 하나이다. 과산화 수소(H2O2)를 사용하면 시안산 나트륨(NaOCN)과 물이 생성되어 사이안화 나트륨을 효과적으로 해독할 수 있다.[4]

: NaCN + H2O2 → NaOCN + H2O

화학적, 생리학적 성질은 시안화 칼륨과 유사하며, 수용액에서 시안화물 이온(CN⁻)과 나트륨 이온(Na⁺)으로 전리된다.

3. 용도

도금 외에도 공업적으로 널리 사용된다. 유기 합성에서 강한 친핵체로 작용하여 니트릴 제조에 사용되며, 이는 의약품을 포함한 많은 화학 물질에서 발견된다. 벤질 클로라이드와 반응하여 벤질 시안화물을 합성하는 것이 그 예시이다.[8] 시아누르산 클로라이드, 시안화물 클로라이드 등도 시안화물에서 파생되는 상업적으로 중요한 화합물이다.

사이안화 나트륨은 곤충 채집 시 곤충을 빠르게 죽이거나, 불법적인 청산가리 낚시에 사용되는 등 고도의 유독성을 이용한 방식으로 사용되기도 한다.[9] 과거에는 살충제, 살서제, 항생제 등으로 사용되었으나, 1987년 미국 환경 보호국(EPA)에 의해 이러한 사용이 금지되었다.[9]

3. 1. 금속 제련 (금 추출)

금 시안화(시안화 공정이라고도 함)는 저품위 광석에서 을 추출하는 데 사용되는 주된 기술이다. 전 세계 시안화물 소비량의 70% 이상이 금 추출에 사용된다.[4] 사이안화 나트륨은 금(I)이 시안화물에 대한 높은 친화성을 이용하여 공기(산소)와 물이 있는 환경에서 금속 금을 산화시키고 용해시켜 '''사이안화 금산 나트륨'''(NaAu(CN)₂)을 생성한다.[4] 반응식은 다음과 같다.

:4 Au + 8 NaCN + O₂ + 2 H₂O → 4 Na[Au(CN)₂] + 4 NaOH

사이안화 칼륨(KCN)을 사용하는 유사한 공정에서는 사이안화 금산 칼륨(KAu(CN)₂)이 생성된다.

3. 2. 도금

금, 은, 구리 등 금속의 도금에 널리 사용된다.

3. 3. 유기 합성

유기 합성에서 강한 친핵체로 분류되는 시안화 나트륨은 니트릴을 제조하는 데 사용되며, 이는 의약품을 포함한 많은 화학 물질에서 광범위하게 발견된다. 예를 들어, 벤질 클로라이드와 시안화 나트륨의 반응으로 벤질 시안화물을 합성할 수 있다.[8] 시아누르산 클로라이드, 시안화물 클로라이드 등 많은 상업적으로 중요한 화학 화합물이 시안화물에서 파생된다.

3. 4. 기타 용도

사이안화 나트륨은 곤충학자들이 곤충 채집 시 곤충을 빠르게 죽이기 위해 사용하거나, 불법적인 청산가리 낚시에 사용되는 등 고도의 유독성을 이용한 방식으로 사용된다.[9]

과거에는 살충제, 살서제, 항생제 등으로 사용되었으나, 1987년 미국 환경 보호국(EPA)에 의해 이러한 사용이 금지되었다.[9] 도금 외에도 공업적으로 널리 사용된다.

4. 독성

사이안화 나트륨은 다른 수용성 시안화물 염과 마찬가지로 매우 빠르게 작용하는 맹독성 물질이다. 세포 호흡을 억제하는데, 미토콘드리아의 시토크롬 산화 효소(COX) 복합체에 작용하여 전자 수송을 차단한다. 그 결과 산화 대사가 감소하고 산소 이용률이 떨어지며, 혐기성 대사로 인해 젖산 산증이 발생한다. 경구 섭취 시 성인 기준 200–300mg 정도의 적은 양으로도 치명적일 수 있다.[12]

척추동물이 섭취하면 시안화 이온이 헤모글로빈 이온에 배위하여 세포 호흡을 막고, 세균 이상의 동물 미토콘드리아 내 시토크롬 산화 효소 (COX) 복합체를 봉쇄하여 전자 전달계를 억제한다. 이로 인해 ATP 생산이 줄어들어 세포가 죽게 된다. 반면 식물 미토콘드리아는 시안 내성 경로인 AOX 효소(alternative oxidase)를 가지고 있어 내성을 보인다.

대한민국에서는 독물 및 극물 단속법에 의해 독물로 지정되어 있다.

4. 1. 해독

아질산 아밀은 시안 화합물 중독 치료에 사용된다. 기화하기 쉬운 성질을 이용하여 주로 흡입 방식으로 투여한다. 15초 간격으로 15초 동안 냄새를 맡게 하는 것을 5회 반복하면 시안이 메트헤모글로빈과 결합하여 시안 메트헤모글로빈이 되어 독성이 사라진다. 아질산 아밀은 헤모글로빈을 메트헤모글로빈으로 변환시키고, 메트헤모글로빈은 시안 화합물과 결합하여 독성이 없는 시아노메트헤모글로빈을 형성한다.[12]

5. 사고 사례


  • 1980년(쇼와 55년) 10월 1일, 일본 아이치현 오부시에서 용접 공사 중 불꽃이 시안화 나트륨 등이 보관된 창고 주변의 스티로폼에 옮겨붙어 창고 화재로 이어졌다. 이로 인해 유독 가스가 발생하여 시민 8,000명이 대피했다.[13]
  • 탄산 가스 아크 용접용 와이어 제조 사업장의 도금 과정에서, 작업자가 시안화 나트륨이 묻은 바닥에 염산이 포함된 폐액을 버려 시안화 수소가 발생했다. 이 사고로 작업자는 시안화 수소 가스 중독으로 의식 불명 상태에 빠져 2주간 입원했다.[14]
  • 2015년 8월 12일, 중국 톈진시의 한 창고에서 대규모 폭발 사고가 발생하여 시안화 나트륨이 유출되었다. 창고에는 질산 암모늄 약 800ton, 질산 칼륨 약 500ton, 시안화 나트륨 약 2000ton 등이 보관되어 있었으며, 소방대의 화학 물질에 대한 무계획적인 방수가 폭발의 원인이 되었다. 폭발의 영향으로 대피소였던 초등학교에 있던 주민들이 다시 대피해야 했다. 또한 구조 작업 중이던 부대는 폭발 현장 반경 3km 이내에서 긴급 대피 명령을 받았다.[15][16][17]
  • 2019년(레이와 원년) 10월 19일, 레이와 원년 동일본 태풍(태풍 19호)으로 아부쿠마강이 범람하여 일본 후쿠시마현 고리야마시 후쿠야마마치의 도금 및 화성 처리 가공 회사의 제2공장이 침수되었다. 이 공장 내 폐액조에서 넘쳐흐른 오수가 공장 밖으로 유출되었으며, 공장 외부 측구에서 배출 기준의 150배를 초과하는 시안화 나트륨이 검출되었다.[18]

참조

[1] 서적 CRC handbook of chemistry and physics : a ready-reference book of chemical and physical data. https://www.worldcat[...] 2016
[2] 문서 Cyanides (as CN) IDLH
[3] 문서 0562 PGCH
[4] 간행물 Alkali Metal Cyanides Ullmann
[5] 서적 Structural Inorganic Chemistry Clarendon Press 1984
[6] Submitted manuscript Structure of potassium cyanide at low temperature and high pressure determined by neutron diffraction https://zenodo.org/r[...]
[7] 문서 304300 OMIM
[8] 간행물 Benzyl cyanide 1922
[9] 웹사이트 Reregistration Eligibility Decision (R.E.D. Facts) Sodium cyanide https://www3.epa.gov[...] 1994-09
[10] 문서 Oxford MSDS
[11] 웹사이트 安全データシート - 和光純薬工業株式会社 http://www.siyaku.co[...]
[12] 논문 Cyanide Antidotes: from Amyl Nitrite to Hydroxocobalamin - Which Antidote is Best?
[13] 웹사이트 シアン化ナトリウムなどの毒劇物貯蔵倉庫の溶接の不始末による火災 http://www.sozogaku.[...]
[14] 웹사이트 銅メッキ製品の分析作業中、シアン化合物で中毒 http://www.jaish.gr.[...]
[15] 웹사이트 http://www.jiji.com/[...]
[16] 웹사이트 https://web.archive.[...]
[17] 웹사이트 https://www.chugoku-[...]
[18] 웹사이트 福島・郡山市で青酸ソーダ流出 - メッキ工場、基準の150倍 - 共同通信 https://web.archive.[...] 2019-10-19
[19] 문서 Oxford MSDS
[20] 문서 Cyanides (as CN) IDLH
[21] 문서 0562 PGCH
[22] 간행물 Alkali Metal Cyanides Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry



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