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아세트산 나트륨

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1. 개요

아세트산 나트륨은 화학식 CH3COONa를 갖는 아세트산의 나트륨 염이다. 완충 용액 조제, 염료의 매염제, 융해열을 이용한 난방 기구 보온재, 절임 식품 등의 보존료 대용 등 다양한 용도로 사용된다. 생명공학 분야에서는 세균 배양용 탄소 공급원, DNA 추출 시 수율 증가에 기여하며, 산업적으로는 섬유, 고무, 콘크리트, 식품 등 여러 분야에서 활용된다. 특히 핫팩, 손난로 등에 사용되는 과포화 용액의 열 발생 원리로도 사용되며, 무수물과 삼수화물 형태의 결정 구조를 갖는다. 아세트산 또는 그 염과 탄산염, 탄산수소염, 수산화 나트륨의 반응으로 제조하거나, 산업적으로는 아세트산과 수산화 나트륨의 반응, 또는 Niacet Process를 통해 제조할 수 있다. 또한, 브로모에탄과의 반응을 통해 에스터를 생성하고, 수산화 나트륨과 함께 가열하면 메탄을 생성하는 반응성을 보인다.

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아세트산 나트륨 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
아세트산 나트륨 골격 구조
아세트산 나트륨 골격 구조
IUPAC 명칭아세트산 나트륨
관용명아세트산 소다
뜨거운 얼음 (아세트산 나트륨 삼수화물)
화학식CH₃COONa
몰 질량82.03 g/mol (무수물)
몰 질량 주석삼수화물: 136.08 g/mol
식별 정보
CAS 등록번호 (무수물)127-09-3
CAS 등록번호 (삼수화물)6131-90-4
UNII (무수물)NVG71ZZ7P0
UNII (삼수화물)4550K0SC9B
ChEMBL1354
ChEBI (무수물)32954
ChEBI (삼수화물)32138
DrugBankDB09395
KEGGD01779
SMILES[Na+].[O-]C(=O)C
표준 InChI1S/C2H4O2.Na/c1-2(3)4;/h1H3,(H,3,4);/q;+1/p-1
표준 InChIKeyVMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M
ChemSpider ID29105
PubChem CID517045
RTECSAJ4300010 (무수물)
AJ4580000
EINECS204-823-8
Gmelin20502
Beilstein3595639
물리적 성질
외관흰색 조해성 분말 또는 결정
냄새분해될 때 식초 (아세트산) 냄새
밀도 (무수물)1.528 g/cm³ (20 °C)
밀도 (삼수화물)1.45 g/cm³ (20 °C)
용해도 (물, 무수물)119 g/100 mL (0 °C)
123.3 g/100 mL (20 °C)
125.5 g/100 mL (30 °C)
137.2 g/100 mL (60 °C)
162.9 g/100 mL (100 °C)
용해도 (물, 삼수화물)32.9 g/100 mL (-10 °C)
36.2 g/100 mL (0 °C)
46.4 g/100 mL (20 °C)
82 g/100 mL (50 °C)
다른 용매에 대한 용해도에탄올, 하이드라진, SO₂에 용해됨
용해도 (메탄올)16 g/100 g (15 °C)
16.55 g/100 g (67.7 °C)
용해도 (에탄올, 삼수화물)5.3 g/100 mL
용해도 (아세톤)0.5 g/kg (15 °C)
녹는점 (무수물)324 °C
녹는점 (삼수화물)58 °C
끓는점 (무수물)881.4 °C
끓는점 (삼수화물)122 °C (분해)
pKb9.25
굴절률1.464
pKa24 (20 °C)
pKa 설명CH₃COOH과 혼합 시 완충 용액으로 사용될 때 4.75
자기 감수율−37.6·10⁻⁶ cm³/mol
결정 구조
결정계단사정계
열화학
표준 생성 엔탈피 (무수물)−709.32 kJ/mol
표준 생성 엔탈피 (삼수화물)−1604 kJ/mol
표준 깁스 자유 에너지 (무수물)−607.7 kJ/mol
엔트로피 (무수물)138.1 J/(mol·K)
엔트로피 (삼수화물)262 J/(mol·K)
열용량 (무수물)100.83 J/(mol·K)
열용량 (삼수화물)229 J/(mol·K)
약리학
ATC 코드B05XA08
위험성
주요 위험자극성 물질
NFPA 704 (보건)0
NFPA 704 (인화성)1
NFPA 704 (반응성)1
인화점250 °C 이상
자연 발화점607 °C
LD50 (경구, 쥐)3530 mg/kg
LD50 (피부, 토끼)10000 mg/kg 초과
LC50 (쥐, 1시간)30 g/m³ 초과
관련 화합물
다른 음이온포름산 나트륨
프로피온산 나트륨
다른 양이온아세트산 칼륨
아세트산 칼슘
관련 화합물다이아세트산 나트륨

2. 용도

아세트산 나트륨은 완충 용액 조제, 염료매염제, 난방 기구의 보온재, 절임 식품 등의 보존료, 포테이토칩의 짠맛을 내는 용도 등 다양한 분야에서 사용된다.

최근에는 아세트산 나트륨을 이용한 반복 사용 가능한 에코 카이로 제품이 있다. 이는 용액의 농도를 높여 과포화 현상을 쉽게 일으키고, 응고점이 실내 온도 이상이며 과냉각 시에 극히 안정적인 성질을 활용한 것이다. 과냉각 상태에서 자극(진동 등)을 가하면 결정화가 시작되는데, 이때 발생하는 응고열을 이용한다. 일반적으로 45°C~50°C에서 30~50분 정도 지속된다.

2. 1. 생명공학

아세트산 나트륨은 세균 배양을 위한 탄소 공급원으로 사용된다. 아세트산 나트륨은 또한 에탄올 침전에 의한 DNA 분리의 수율을 증가시키는 데 유용할 수 있다.

2. 2. 산업

섬유 산업에서 황산 폐수 흐름을 중화하고, 아닐린 염료를 사용할 때 포토레지스트로 사용된다.[1] 또한 크롬 무두질에서 피클링 제제로 사용되며, 합성 고무 생산에서 클로로프렌의 가황을 방지한다.[1] 일회용 면 패드 면 가공 시에는 정전기 축적을 제거하는 데 사용된다.[1]

2. 3. 콘크리트 보존

아세트산 나트륨은 콘크리트 밀봉제 역할을 하여 콘크리트가 물에 의해 손상되는 것을 줄이고, 투과성을 낮춘다.[9] 이는 에폭시를 대체하여 사용될 수 있는데, 에폭시보다 친환경적이고 저렴하다는 장점이 있다.[9]

2. 4. 식품

아세트산 나트륨(무수물)은 식품 첨가물(E262)로 유통기한 연장 및 pH 조절제로 널리 사용되며,[10] 저농도에서는 섭취해도 안전하다.[11] 절임 식품 등의 보존료 대신 사용되기도 한다.

일부 포테이토칩의 짠맛을 내는 용도로도 사용된다.

2. 5. 완충 용액

아세트산 나트륨(아세트산의 염기성 염)과 아세트산의 용액은 비교적 일정한 pH 수준을 유지하기 위한 완충액 역할을 할 수 있다. 이는 특히 반응이 약산성 범위(pH 4~6)에서 pH에 의존적인 생화학적 응용 분야에 유용하다.

2. 6. 난방 기구

아세트산 나트륨은 핫팩, 손난로, 핫 아이스에 사용된다.[14][12] 물에 녹인 아세트산 나트륨 과포화 용액은 결정화를 시작하는 장치와 함께 제공되며, 이 과정에서 상당한 열이 방출된다.

아세트산 나트륨 삼수화물 결정은 58°C에서 녹으며 결정수와 함께 녹는다. 이 결정이 녹는점 이상으로 가열된 후 냉각되면 수용액은 과포화 상태가 된다. 이 용액은 결정이 형성되지 않고 실온까지 냉각될 수 있다. 핫팩 내부의 금속 디스크를 누르면 핵 생성 중심이 형성되어 용액이 고체 아세트산 나트륨 삼수화물로 다시 결정화된다. 결정화 과정은 발열 반응이다.[13] 융해 잠열은 약 264kJ/kg~289kJ/kg이다.[14] 아세트산 나트륨 핫팩은 비가역적인 화학 반응에 의존하는 핫팩과 달리, 끓는 물에 몇 분 동안 담가 결정이 완전히 녹을 때까지 끓인 다음 천천히 실온으로 냉각시켜 쉽게 재사용할 수 있다.[15]

최근에는 아세트산 나트륨을 이용한 반복 사용 가능한 에코 카이로 제품이 있다. 이는 용액의 농도를 높여 과포화 현상을 쉽게 일으키고, 응고점이 실내 온도 이상이며 과냉각 시에 극히 안정적인 성질을 활용한 것이다. 과냉각 상태에서 자극(진동 등)을 가하면 결정화가 시작되는데, 이때 발생하는 응고열을 이용한다.

일반적으로 45°C~50°C에서 30~50분 정도 지속된다.

3. 제조

실험실에서 아세트산 나트륨은 가격이 저렴하여 일반적으로 합성하기보다는 구매한다. 실험실에서는 아세트산(보통 식초로 알려진 5~18% 용액)과 탄산 나트륨("세탁 소다"), 탄산 수소 나트륨("베이킹 소다"), 또는 수산화 나트륨("잿물" 또는 "가성 소다")을 반응시켜 생성하기도 한다. 이러한 반응에서 탄산염 이온을 포함하는 나트륨 화합물을 반응물로 사용하면 탄산 수소 나트륨이나 탄산염의 탄산염 음이온이 아세트산의 카복실기(-COOH)에서 수소와 반응하여 탄산을 형성한다. 탄산은 일반적인 조건에서 기체 이산화 탄소와 물로 쉽게 분해된다. 이것은 가정에서 베이킹 소다와 식초를 섞을 때 나타나는 "화산" 반응과 같다.

:CH3COOH + NaHCO3 → CH3COONa + H2CO3

:H2CO3 → CO2 + H2O

산업적으로 아세트산 나트륨 삼수화물은 아세트산수산화 나트륨용매로 사용하여 반응시켜 제조한다.

:CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O

Niacet Process를 통해 무수 아세트산 나트륨을 산업적으로 제조할 수 있다. 나트륨 금속 잉곳은 다이를 통해 압출되어 일반적으로 N2와 같은 불활성 가스 환경에서 리본 형태의 나트륨 금속을 형성한 다음 무수 아세트산에 담근다.

:2 CH3COOH + 2 Na → 2 CH3COONa + H2

수소 가스는 일반적으로 가치 있는 부산물이다.

4. 구조

무수 아세트산 나트륨의 결정 구조는 나트륨-카르복실레이트와 메틸기 층이 교대로 배열된 형태로 묘사되어 왔다.[16] 아세트산 나트륨 삼수화물의 구조는 나트륨에서 뒤틀린 팔면체 배위로 구성된다. 인접한 팔면체는 모서리를 공유하여 1차원 사슬을 형성한다. 아세테이트 이온과 수화수 사이의 2차원 수소 결합은 사슬을 3차원 네트워크로 연결한다.[17][18]

무수물과 삼수화물 결정 구조 비교
수화 정도무수물[16]삼수화물[17][18]
Na 배위
강하게 결합된 집합체

2차원 시트

1차원 사슬
약하게 결합된 집합체

소수성 표면이 접촉된
시트 적층

수소 결합으로 연결된 사슬
(밝은 파란색으로 강조 표시된 하나의 사슬)


5. 반응

아세트산 나트륨은 브로모에탄과 같은 알킬 할라이드와 반응하여 에스터를 형성한다.

: CH3COONa + BrCH2CH3CH3COOCH2CH3 + NaBr

아세트산 나트륨은 수산화 나트륨 존재 하에 강하게 가열하면 탈카복실화 반응을 거쳐 메탄을 생성한다.

: CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3

산화 칼슘은 이 반응에 사용되는 전형적인 촉매이며, 세슘 염 또한 이 반응을 촉매한다.

아세트산 에틸에 수산화 나트륨을 첨가하여 비누화하면 아세트산 나트륨을 얻을 수 있다.

: CH3COOCH2CH3 + NaOH → CH3COO-Na+ + CH3CH2OH

아세트산 나트륨을 수산화 나트륨과 함께 강하게 가열하면 메탄이 생성된다.

: CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3

참조

[1] 웹사이트 Sodium Acetate https://www.cdc.gov/[...] National Institute of Occupational Safety and Health 2018-09-18
[2] 웹사이트 sodium acetate trihydrate http://chemister.ru/[...]
[3] 서적 Solubilities of Inorganic and Organic Compounds Van Nostrand
[4] 웹사이트 sodium acetate http://chemister.ru/[...]
[5] Sigma-Aldrich 2014-06-07
[6] NIST 2014-05-25
[7] NIST 2014-05-25
[8] 서적 Organic Chemistry Oxford University Press 2001
[9] 뉴스 Potato Chip Flavoring Boosts Longevity Of Concrete https://www.scienced[...] 2007-08-08
[10] 웹사이트 Food Additive "Sodium Acetate (Anhydrous)" https://www.m-chemic[...] 2020-09-16
[11] 학술지 Safety assessment of sodium acetate, sodium diacetate and potassium sorbate food additives https://www.scienced[...] 2018-08-15
[12] 웹사이트 Les chaufferettes chimiques https://www.pourlasc[...] 2008-12-01
[13] 웹사이트 Crystallization of Supersaturated Sodium Acetate http://jchemed.chem.[...] Journal of Chemical Education 2015-07-19
[14] 서적 Thermal Energy Storage: Systems and Applications https://books.google[...]
[15] 웹사이트 How do sodium acetate heat pads work? http://www.howstuffw[...] HowStuffWorks 2000-04
[16] 학술지 Structures of two forms of sodium acetate, Na+.C2H3O2
[17] 학술지 The crystal structure of sodium acetate trihydrate
[18] 학술지 Sodium acetate trihydrate: a redetermination
[19] 웹인용 Sodium Acetate https://www.cdc.gov/[...] National Institute of Occupational Safety and Health 2018-09-18
[20] 웹인용 sodium acetate trihydrate http://chemister.ru/[...]
[21] 서적인용 Solubilities of Inorganic and Organic Compounds Van Nostrand
[22] 웹인용 sodium acetate http://chemister.ru/[...]
[23] Sigma-Aldrich 2014-06-07
[24] NIST 2014-05-25
[25] NIST 2014-05-25



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