산화 나트륨
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1. 개요
산화 나트륨(Na₂O)은 나트륨과 산소의 화합물로, 무색의 고체이다. 역플루오린화 칼슘 구조를 가지며, 나트륨과 산소의 직접 반응, 수산화 나트륨, 과산화 나트륨, 아질산 나트륨과 나트륨의 반응, 아지드화 나트륨과 질산 나트륨의 혼합물 가열, 산화 철(III)과 금속 나트륨의 가열 등의 방법으로 생성된다. 산화 나트륨은 물과 반응하여 수산화 나트륨을 생성하며, 공기 중에서는 과산화 나트륨으로, 이산화 탄소와는 탄산 나트륨으로 변한다. 유리의 제조에 사용되며, 약 15%의 산화 나트륨이 포함된다.
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| 산화 나트륨 - [화학 물질]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
 | |
| |
| IUPAC 이름 | 산화 나트륨 |
| 다른 이름 | 이나트륨 산화물 나트륨 산화물 (역사적) 소다 나트륨 옥시도나트륨 |
| 식별 정보 | |
| CAS 등록번호 | 1313-59-3 |
| UNII | 3075U8R23D |
| 펍켐(PubChem) | 73971 |
| UN 번호 | 1825 |
| EC 번호 | 215-208-9 |
| 인치(InChI) | 1S/2Na.O/q2*+1;-2 |
| 스마일즈(SMILES) | [O-2].[Na+].[Na+] |
| 성질 | |
| 화학식 | Na₂O |
| 몰 질량 | 61.979 g/mol |
| 외형 | 흰색 고체 |
| 밀도 | 2.27 g/cm³ |
| 용해도 | 격렬하게 반응하여 NaOH을 형성함 |
| 다른 용매에 대한 용해도 | 에탄올과 반응함 |
| 녹는점 | 1132 °C |
| 끓는점 | 1950 °C에서 승화 |
| 승화 조건 | 1275 °C에서 승화 |
| 자기 감수율 | −19.8·10⁻⁶ cm³/mol |
| 구조 | |
| 결정 구조 | 역플루오라이트 (면심 입방), cF12 |
| 공간군 | Fm3m, No. 225 |
| 배위수 | 사면체 (Na⁺); 입방체 (O²⁻) |
| 열화학 | |
| 표준 생성 엔탈피 | −416 kJ/mol |
| 표준 깁스 자유 에너지 변화 | −377.1 kJ/mol |
| 엔트로피 | 73 J/(mol·K) |
| 열용량 | 72.95 J/(mol·K) |
| 위험성 | |
| 외부 MSDS | ICSC 1653 |
| 주요 위험 | 부식성, 물과 격렬하게 반응함 |
| NFPA 704 | H: 3 F: 0 R: 1 S: W |
| 인화점 | 불연성 |
| 관련 화합물 | |
| 다른 음이온 | 황화 나트륨 셀레늄화 나트륨 텔루륨화 나트륨 폴로늄화 나트륨 |
| 다른 양이온 | 산화 리튬 산화 칼륨 산화 루비듐 산화 세슘 |
| 다른 작용기 | 과산화 나트륨 초과산화 나트륨 |
| 다른 화합물 | 수산화 나트륨 |
2. 구조
산화 나트륨의 구조는 X선 결정학에 의해 밝혀졌다. 대부분의 알칼리 금속 산화물 M2O (M = Li, Na, K, Rb)은 반형석 구조로 결정화된다. 이 구조에서 음이온과 양이온의 위치는 플루오린화 칼슘(CaF2)의 위치와 반대로 되어 있으며, 나트륨 이온은 4개의 산화물 이온에 사면체형으로 배위되고, 산화물 이온은 8개의 나트륨 이온에 입체적으로 배위된다.[3][4]
산화 나트륨은 수산화 나트륨, 과산화 나트륨, 또는 아질산 나트륨과 나트륨의 반응으로 생성될 수 있다.[5]
산화 나트륨 결정은 입방정계에 속하며, 역형석형 구조로, 플루오린화 칼슘의 칼슘 이온 위치에 산화물 이온, 플루오린화물 이온 위치에 나트륨 이온이 배치되어 있다. 격자 상수는 a = 5.55Å이다.[9]
3. 제법
주요 생성 방법은 다음과 같다:3. 1. 나트륨과 산소의 직접 반응
나트륨과 산소를 직접 반응시켜 산화 나트륨을 생성할 수 있다. 반응식은 다음과 같다.[5]
:4Na + O2 → 2Na2O
공기 중에서 나트륨을 연소시키면 산화 나트륨(Na2O)과 과산화 나트륨(Na2O2)의 혼합물이 생성된다. 나트륨을 과량의 공기 중에서 가열하면 산화 나트륨과 약 20%의 과산화 나트륨이 생성된다.[8]
:6Na + 2O2 → 2Na2O + Na2O2
이 반응은 나트륨이 공기와 반응하는 것을 피하기 위해 불활성 환경에서 수행해야 한다.
산화 나트륨을 생성하는 다른 방법은 다음과 같다.[5][6][8]
::2NaOH + 2Na → 2Na2O + H2 (수산화 나트륨에 물이 오염된 정도에 따라 더 많은 양의 나트륨이 사용되며, 과량의 나트륨은 증류하여 제거한다.)[6]
::2Na + 2NaOH → 2Na2O + H2 (미반응 나트륨은 증류하여 제거하여 비교적 순수한 산화 나트륨을 얻을 수 있다.)[8]
::5NaN3 + NaNO3 → 3Na2O + 8N2
::6Na + Fe2O3 → 3Na2O + 2Fe
::10Na + 2NaNO3 → 6Na2O + N2
3. 2. 수산화 나트륨과의 반응
수산화 나트륨과 나트륨을 반응시켜 산화 나트륨을 생성할 수 있다.[5]
수산화 나트륨에 포함된 물의 양에 따라 사용되는 나트륨의 양이 달라진다. 반응 후 남은 나트륨은 증류하여 제거한다.[6]
300℃에서 수산화 나트륨과 나트륨을 반응시키고, 반응하지 않은 나트륨을 증류하여 제거하면 비교적 순수한 산화 나트륨을 얻을 수 있다.[8]
3. 3. 아지드화 나트륨과 질산 나트륨의 반응
아지드화 나트륨과 질산 나트륨의 혼합물을 가열하여 산화 나트륨을 생성할 수 있다.[6]
:
3. 4. 기타 반응
산화 나트륨은 수산화 나트륨, 과산화 나트륨, 또는 아질산 나트륨과 나트륨의 반응으로 생성된다.[5]
수산화 나트륨에 물이 오염된 정도에 따라, 그에 상응하는 더 많은 양의 나트륨이 사용된다. 과량의 나트륨은 조제품에서 증류하여 제거한다.[6]
아지드화 나트륨과 질산 나트륨의 혼합물을 가열하여 산화 나트륨을 생성할 수도 있다.[6]
공기 중에서 나트륨을 연소시키면 산화 나트륨과 과산화 나트륨의 혼합물이 생성된다.
산화 철(III)(녹)과 금속 나트륨을 가열하는 방법도 알려져 있다. 이 반응은 나트륨이 공기와 반응하는 것을 피하기 위해 불활성 환경에서 수행되어야 한다.
나트륨과 적절한 양의 산소를 직접 반응시켜 산화 나트륨을 만들 수도 있다.
나트륨을 과량의 공기 중에서 가열하면 산화 나트륨과 약 20%의 과산화 나트륨이 생성된다.
나트륨을 300℃에서 수산화 나트륨과 반응시키고, 반응하지 않은 나트륨을 증류하여 제거하면 비교적 순도가 높은 산화 나트륨을 얻을 수 있다.[8]
액체 나트륨은 질산 나트륨과 반응하여 산화 나트륨과 질소를 생성한다.
4. 반응
산화 나트륨은 공기 중에서 가열하면 과산화 나트륨으로 변하며, 이산화 탄소를 흡수하여 탄산 나트륨이 된다.
4. 1. 물과의 반응
산화 나트륨은 물과 빠르고 비가역적으로 반응하여 수산화 나트륨을 생성한다. 이 반응 때문에 산화 나트륨은 때때로 수산화 나트륨의 염기성 무수물이라고 불린다.:
물과 격렬하게 화학 반응하여 수산화 나트륨으로 변한다.
:
암석의 풍화 작용 시, 대기 중의 이산화 탄소는 물에 녹아 암석 중에 포함된 장석 중의 산화 나트륨 성분과 화학 반응하여 탄산 수소 나트륨으로 변한다.
4. 2. 공기와의 반응
산화 나트륨은 물과 격렬하게 반응하여 수산화 나트륨이 된다.[1]:
공기 중에서 가열하면 과산화 나트륨이 된다.[1]
:
암석의 풍화 작용 과정에서 대기 중의 이산화 탄소는 물에 녹아 암석에 포함된 장석 속 산화 나트륨 성분과 반응하여 탄산 수소 나트륨이 된다.[1]
:
산화 나트륨은 이산화 탄소를 흡수하여 탄산 나트륨이 된다.[1]
:
4. 3. 이산화 탄소와의 반응
산화 나트륨은 이산화 탄소를 흡수하여 탄산 나트륨이 된다.[1]:
암석의 풍화 작용 과정에서, 대기 중의 이산화 탄소는 물에 녹아 암석에 포함된 장석의 산화 나트륨 성분과 화학 반응하여 탄산 수소 나트륨으로 변한다.[1]
:
4. 4. 풍화 작용
산화 나트륨은 물과 격렬하게 화학 반응하여 수산화 나트륨이 된다.:
공기 중에서 가열하면 과산화 나트륨이 된다.
:
암석의 풍화 작용 시, 대기 중의 이산화 탄소는 물에 녹아 암석 중에 포함된 장석 중의 산화 나트륨 성분과 화학 반응하여 탄산 수소 나트륨이 된다.
:
산화 나트륨은 이산화 탄소를 흡수하여 탄산 나트륨이 된다.
:
5. 응용
일반적인 유리 제조에 산화 나트륨(sodium oxide|산화 나트륨영어)이 사용된다. 유리는 실제로는 Na2O를 포함하지 않지만, 산화 나트륨 함량으로 설명되는 경우가 많다.[1]
5. 1. 유리 제조
유리는 실제로는 를 포함하지 않지만, 산화 나트륨 함량으로 설명되는 경우가 많다. 게다가 이러한 유리는 산화 나트륨으로 만들어지지 않으며, 에 해당하는 물질은 고온에서 이산화 탄소를 잃는 "소다"(탄산 나트륨) 형태로 첨가된다.[1]:
:
:
일반적인 제조 유리는 약 15%의 산화 나트륨, 70%의 실리카(이산화 규소), 9%의 석회(산화 칼슘)를 포함한다. 탄산 나트륨 "소다"는 실리카 혼합물의 용융 온도를 낮추는 융제 역할을 한다. 이러한 소다 석회 유리는 순수한 실리카보다 훨씬 낮은 용융 온도를 가지며 탄성이 약간 더 높다. 이러한 변화는 기반 물질이 다소 더 유연하기 때문에 발생한다.[1]
참조
[1]
서적
Chemical Principles 6th Ed.
Houghton Mifflin Company
[2]
웹사이트
2014-05-25
[3]
간행물
Gitterstruktur der oxyde, sulfide, selenide und telluride des lithiums, natriums und kaliums
[4]
서적
Structural Inorganic Chemistry
Clarendon Press
[5]
서적
Greenwood&Earnshaw2nd
[6]
서적
Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, 2nd Ed.
Academic Press
[7]
기타
The NBS tables of chemical thermodynamics properties
[8]
서적
新実験化学講座 無機化合物の合成II
丸善
[9]
서적
化学大辞典
共立出版
[10]
서적
Chemical Principles 6th Ed.
https://archive.org/[...]
Houghton Mifflin Company
[11]
웹사이트
2014-05-25
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