사이안화 칼륨

3. 제법 및 생산

사이안화칼륨은 사이안화수소를 50% 농도의 수산화칼륨 수용액 또는 탄산칼륨 수용액과 반응시킨 후, 그 용액을 진공 상태에서 증발시켜서 얻는다.^[34] 반응식은 다음과 같다.

:HCN + KOH → KCN + H₂O

:2HCN + K₂CO₃ → 2KCN + H₂O + CO₂

포름아미드와 수산화칼륨을 반응시켜서 얻을 수도 있다.

:HCONH₂ + KOH → KCN + 2H₂O

탄산칼륨과 탄소의 혼합물을 암모니아 기체 속에서 가열하여 만들기도 한다.

:K₂CO₃ + C + 2NH₃ → 2KCN + 3H₂O

1900년 이전에는 캐스트너 공법(Castner process)으로 페로시안화 칼륨을 분해하여 생산했다.^[4]

:K₄[Fe(CN)₆] → 4 KCN + FeC₂ + N₂

매년 약 5만 톤의 사이안화칼륨이 생산된다.^[4][35]

4. 구조

수용액에서 사이안화 칼륨(KCN)은 수화된 칼륨 이온(K⁺)과 시아나이드(CN⁻) 이온으로 해리된다. 고체 상태에서 사이안화 칼륨은 염화 나트륨과 유사한 구조를 가지며, 각 칼륨 이온은 6개의 시아나이드 이온으로 둘러싸여 있고 그 반대도 마찬가지이다.^[1] 시아나이드 이온은 이원자 분자이므로 염화물보다 덜 대칭적이지만, 빠르게 회전하여 시간 평균 모양이 구형이 된다.^[1] 낮은 온도와 높은 압력에서는 이러한 자유 회전이 방해받아 층상으로 배열된 시아나이드 이온을 갖는 덜 대칭적인 결정 구조가 발생한다.^[1]

화학식 KCN으로 표시되는 대표적인 시안화 알칼리 화합물이다.^[2] 고체는 칼륨 이온과 시안화물 이온으로 이루어진 이온 결정이다.^[2] 시안화물 이온 중 탄소와 질소는 삼중 결합을 형성하고 있다.^[2]

5. 화학적 성질

화학식 KCN으로 표시되는 대표적인 시안화알칼리 화합물이다. 칼륨 이온과 시안화물 이온으로 이루어진 이온 결정이다. 시안화물 이온 중 탄소와 질소는 삼중 결합을 형성하고 있다.

백색의 분말상 결정으로 조해성이 있으며, 물에 잘 녹고, 메탄올, 에탄올, 글리세린에 약간 녹는다. 수용액은 강 알칼리성을 나타낸다. 건조 상태에서는 무취이지만, 공기 중의 이산화 탄소와 반응하여 시안화 수소를 방출하며 탄산 칼륨으로 변화하므로, 시안화 수소 특유의 냄새가 난다.^[4] 특히 햇빛에 노출된 상태에서는 반응이 쉽게 일어나기 때문에, 공기와 햇빛에 닿지 않도록 보관해야 한다.

시안화 나트륨과 마찬가지로, 전이 금속과 반응하여 물에 녹는 시아노 착염을 형성한다.

6. 세포에 대한 작용 및 독성

사이안화물은 세포 호흡을 억제하는 강력한 물질이다. 미토콘드리아의 시토크롬c 산화효소에 작용하여 산화적 인산화를 방해하기 때문에, 신체가 에너지를 얻기 위해 음식물을 산화시키는 것이 어려워진다. 이로 인해 혐기성 대사가 일어나면서 젖산산증이 발생한다.^[16]

급성 사이안화물 중독은 혈액 속의 산소를 조직이 사용할 수 없게 만들어 초기에는 붉거나 불그스름한 안색을 띈다. 사이안화 칼륨과 사이안화 나트륨의 영향은 동일하며, 중독 증상은 섭취 후 몇 분 안에 나타난다. 의식을 잃고 뇌사에 이르며, 이 과정에서 경련이 일어날 수 있다. 사망 원인은 조직 저산소증/뇌 저산소증이다.^[16]

사이안화 칼륨의 치사량은 200-300mg이며, 섭취 시 독성은 위의 산성도와 관련이 있다. 사이안화 칼륨이 산과 반응하여 치명적인 사이안화 수소를 생성하기 때문이다.^[37] 그리고리 라스푸틴이 사이안화 칼륨을 섭취하고도 살아남은 이유는 당시 그의 위산 산성도가 낮았기 때문일 수 있다.

사이안화 칼륨은 피부를 통해서도 흡수되어 중독을 일으킬 수 있다.^[22]

과산화 수소나 차아염소산 나트륨 용액으로 사이안화 칼륨을 해독할 수 있다. 이때, 시안화 수소 발생 가능성을 없애기 위해 용액을 알칼리성으로 유지해야 한다.^[4]

: KCN + H₂O₂ → KOCN + H₂O

: KCN + NaOCl → KOCN + NaCl

7. 해독 및 치료법

아질산나트륨을 이용해 메트헤모글로빈과 사이안화 칼륨의 결합을 촉진시켜 세포에 대한 작용을 막는다. 티오황산나트륨을 주입하여 독성을 약화시키거나, 시안과 결합하여 소변으로 배설 가능한 티오시안산을 형성시켜 배설을 촉진한다.

과산화 수소 또는 차아염소산 나트륨(NaOCl) 용액으로 해독할 수 있다. 이러한 용액은 가능한 한 알칼리성을 유지하여 사이안화 수소 발생 가능성을 없애야 한다.^[4]

: KCN + H₂O₂ → KOCN + H₂O

: KCN + NaOCl → KOCN + NaCl

염류 섭취에 의한 중독은 사이안화 수소 기체 흡입에 의한 것에 비해 진행이 느리고, 생명을 구할 가능성이 높다. 단, 입과 입을 접촉하는 인공호흡은 엄금한다.^[24]

8. 이용

유기 합성에서 사이안화 칼륨은 사이안화 나트륨(NaCN)과 함께 나이트릴이나 카복실산을 만드는 데 사용되며, 특히 폰 리히터 반응에 자주 사용된다.^[12] 또한 암모늄 카보네이트가 있을 때 알데히드나 케톤과 같은 카보닐 화합물과 반응하여 히단토인을 합성하는 데에도 사용된다.

금광업에서는 주변에 산소와 물이 있을 때 금속 금에서 물에 잘 녹는 염인 K[Au(CN)₂]와 수산화 칼륨을 생성하는 특성을 이용한다.

:4 Au + 8 KCN + O₂ + 2 H₂O → 4 K[Au(CN)₂] + 4 KOH

이 반응에서 수산화 나트륨이 Na[Au(CN)₂]을 생성하면서 수산화 칼륨 대신 쓰이기도 한다.

사진에서는 습식 판 콜로디온 공정에서 사진 정착액으로 사용된다.^[12] 사이안화 칼륨은 현상 과정에서 불용성이 되지 않은 은을 용해시켜 이미지를 드러내고 안정화시켜 더 이상 빛에 민감하지 않게 만든다. 현대 습식 판 사진 작가들은 덜 독성이 있는 정착액을 선호하여 티오황산 나트륨을 선택하기도 하지만, 여전히 사이안화 칼륨이 사용되기도 한다.

19세기에는 사이안화 칼륨을 함유한 시아노젠 비누가 사진가들이 손에서 은 얼룩을 제거하기 위해 사용했다.^[13][14][15]

그 외에도 다음과 같이 사용된다.

픽션에서 독극물로 자주 등장하는 사이안화 칼륨(청산 칼륨)과는 달리, 실제 산업 현장에서는 시안화 나트륨(청산 소다)이 더 많이 사용된다.

9. 역사 속 사건/사고

그리고리 라스푸틴은 사이안화칼륨을 섭취하고도 생존했는데, 이는 당시 그의 위의 산성도가 비정상적으로 낮았기 때문일 수 있다.^[37]

사이안화칼륨으로 자살하거나, 사이안화칼륨에 의해 사망한 주요 인물은 다음과 같다.

대한민국에서는 과거 청산가리(사이안화칼륨)를 이용한 자살이 유행하기도 했다.^[26]

10. 법규제

대한민국에서는 독물 및 극물 지정령에 따라 무기 시안 화합물이 독물로 지정되어 있으며, 독물 및 극물 취체법에 근거하여 엄격하게 관리된다.^[27] 구매 시 신원 확인 및 판매 기록 보관, 잠금 장치가 있는 창고 등에서의 보관 및 재고량 기록이 요구된다.^[27] 그러나 부실한 관리로 인한 분실 유출이 잇따르고 있으며, 2006년 도쿄 대학의 연구실에서 3,000명 분의 치사량에 해당하는 사이안화 칼륨 500g이 든 병이 분실되었다.^[28]

그 외에도 선박 안전법, 항공법, 해양 오염 등 및 해상 재해 방지 등에 관한 법률 (해양 오염 방지법), 대기 오염 방지법, 수질 오탁 방지법, 토양 오염 대책법, 화학 물질의 심사 및 제조 등 규제에 관한 법률 (화심법), 특정 화학 물질의 환경 배출량 파악 등 및 관리 개선 촉진에 관한 법률 (화관법), 노동 안전 위생법 등의 법규제가 있다.^[29]

11. 폐기 처리

시안 함유 폐액의 처리 방법으로는 고농도에서 전기 분해법이나 연소법, 중·저농도에서 알칼리 염소법 외에 오토클레이브에 의한 열가수 분해법, 철·아연염에 의한 침전법(청람법·아연백법) 등이 있으며, 일반적으로는 알칼리 염소법이 널리 사용된다.^[1]

; 알칼리 염소법

: 1차 반응: 수산화 나트륨과 차아염소산 나트륨에 의해 pH 10-10.5, ORP +300-350mV로 하여 시안산 나트륨과 염화 나트륨으로 분해한다.^[1]

:CN^- + ClO^- -> CNO^- + Cl^-^[1]

: 2차 반응: 염산에 의해 pH 7.5 - 8.5, ORP +600mV 초과로 하여 이산화 탄소, 질소, 암모늄 이온, 염화 나트륨으로 분해한다.^[1]

:CNO^- + H_2O + H^+ -> CO_2 + NH_4^+^[1]

:: 공존 금속 이온에 따라 시아노 착체 형성에 의해 효율이 저하된다(구리·아연은 용이, 니켈·은은 곤란, 철·코발트·금은 불가).^[1]

; 청람법·아연백법

: 철이나 아연 이온을 첨가하여 시안화물 이온과 난용성 시아노 착체를 형성, 침전 분리시킨다.^[1] 약품·설비 모두 저렴하지만, 침전된 시아노 착체 함유 슬러지의 처분이 문제가 된다(누출 방지 긴급 처치용으로는 유효).^[1]

; 태양광 분해

: 소량의 철 시아노 착체 용액 등은, 법랑으로 덮인 얕은 배트에 넣고, 며칠간 직사광선에 노출시키면 분해되어 수산화철이 된다.^[1] 염화철 용액을 적하하여 청람이 생기지 않으면 분해 종료.^[1]

참조

_[1] 문서 Cyanides (as CN)
_[2] 문서 0522
_[3] 웹사이트 Potassium Cyanide | Cameo Chemicals | NOAA http://cameochemical[...]
_[4] 논문 Alkali Metal Cyanides Wiley-VCH, Weinheim, Germany 2006
_[5] 뉴스 Suicide note reveals taste of cyanide http://www.smh.com.a[...] 2006-07-08
_[6] 문서 genetic trait
_[7] 웹사이트 'സയനൈഡ് ചവർപ്പാണ്... പുകച്ചിലാണ്...'; ആ 'രുചി രഹസ്യം' പുറത്തുവിട്ട മലയാളി നടന്ന വഴിയിലൂടെ {{!}} Madhyamam https://www.madhyama[...] 2021-12-19
_[8] 웹사이트 The only taste: Cyanide is acrid http://www.hindustan[...] Hindustan Times 2006-07-08
_[9] 서적 Manual of chemical technology http://babel.hathitr[...] D. Appleton & Co.
_[10] 문서 Crystallography Open Database, Structure of KCN http://www.crystallo[...]
_[11] 간행물 Structure of potassium cyanide at low temperature and high pressure determined by neutron diffraction https://zenodo.org/r[...]
_[12] 문서 The Silver Sunbeam (Facsimile 1864 edition, 1969)
_[13] 간행물 Photographic Notes and Queries https://books.google[...] Cassell, Petter, and Galpin 1858-09-10
_[14] 문서 Reports of Trials for Murder by Poisoning; by Prussic Acid, Strychnia, Antimony, Arsenic, and Aconita. Including the trials of Tawell, W. Palmer, Dove, Madeline Smith, Dr. Pritchard, Smethurst, and Dr. Lamson, with chemical introduction and notes on the poisons used https://www.gutenber[...] London: Stevens and Sons 1883
_[15] 웹사이트 Cyanuret of potassium https://www.papersha[...] 2024-01-20
_[16] 문서 Criminal Poisoning –Investigational Guide for Law Enforcement, Toxicologists, Forensic Scientists, and Attorneys
_[17] 웹사이트 Top 10 Scientists who Committed Suicide http://listverse.com[...] 2007-10-07
_[18] 뉴스 War criminal 'took cyanide' in Hague court https://www.bbc.co.u[...] BBC News 2017-12-01
_[19] 문서 Chemical Risk Analysis: A Practical Handbook Kogan 2004
_[20] 웹사이트 その13 青酸化合物 http://jsct-web.umin[...] 2018-10-03
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_[22] 문서 ふたばクリニック コラム「果実に潜むシアン化水素（青酸ガス）」 https://futaba-cl.co[...]
_[23] 문서 日本産業規格 JISK0102:2019 工場排水試験法 https://kikakurui.co[...]
_[24] 웹사이트 生物・化学戦（BC）の対処法（化学） - 血液剤（シアン化合物） {{!}} 緊急災害医療支援学 - Disaster Medical Logistics Support Research - {{!}} http://www.group-mid[...]
_[25] 간행물 急性青酸カリ中毒屍剖検例 https://doi.org/10.2[...] 1958
_[26] 간행물 青酸カリ事件の思い出 http://id.nii.ac.jp/[...] 文教大学女子短期大学部文芸科 1989
_[27] 웹사이트 青酸カリ脅迫 管理厳重、入手元は？ https://www.nikkei.c[...]
_[28] 웹사이트 青酸カリ脅迫 入手ルート、流出品悪用の可能性 https://www.sankeibi[...] 2019-02-19
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_[37] 서적 Criminal Poisoning - Investigational Guide for Law Enforcement, Toxicologists, Forensic Scientists, and Attorneys (2nd edition)