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암모니아수

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1. 개요

암모니아수는 암모니아(NH3)가 물(H2O)에 용해된 수용액으로, 암모니아 분자와 물 분자 간의 수소 결합으로 인해 특정한 성질을 나타낸다. 암모니아는 물에 잘 녹으며, 용해 과정에서 열이 발생하고 염기성을 띤다. 암모니아수는 다양한 용도로 사용되며, 가정용 세척제, 산업 및 공업용, 식품 산업, 실험실 등에서 활용된다. 가정에서는 세척제로, 산업에서는 알킬아민 제조, 냉동 사이클 등에 사용되며, 식품에서는 산도 조절제로, 실험실에서는 시약으로 사용된다. 암모니아수는 보관 및 취급 시 증발과 온도 상승에 주의해야 한다.

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암모니아수 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
암모니아 분자의 공-막대 모형
암모니아 분자의 공-막대 모형
물 분자의 공-막대 모형
물 분자의 공-막대 모형
암모늄 양이온의 공-막대 모형
암모늄 양이온의 공-막대 모형
수산화 이온의 공-막대 모형
수산화 이온의 공-막대 모형
IUPAC 이름수산화 암모늄
다른 이름암모니아수
식별
CAS 등록번호1336-21-6
CAS 등록번호7664-41-7
ChemSpider ID14218
ChEBI18219
EC 번호215-647-6
KEGGC01358
PubChem14923
RTECSBQ9625000
UN 번호2672
UNII5138Q19F1X
StdInChI1S/H3N.H2O/h1H3;1H2
StdInChIKeyVHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N
InChI1/H3N.H2O/h1H3;1H2
InChIKeyVHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYAI
SMILES[OH2].[NH3]
속성
화학식NH3(aq)
몰 질량17.031 g/mol
외관무색 액체
냄새"비린", 매우 자극적임
밀도0.91 g/cm3 (25 % w/w)
밀도0.88 g/cm3 (35 % w/w)
녹는점-57.5 ℃ (25 % w/w)
녹는점-91.5 ℃ (35% w/w)
끓는점37.7 ℃ (25 % w/w)
용해도혼화성
자기 감수율−31.5 cm3/mol
열화학
표준 생성 엔탈피−80 kJ/mol
엔트로피111 J/(mol·K)
위험성
외부 SDSICSC 0215 (10%-35% 용액)
주요 위험점막에 대해 중간 정도의 독성 및 자극성
NFPA 704


신호어위험
LD50100 — 200 mg/kg
관련 화합물
다른 음이온염화 암모늄
시안화 암모늄
다른 양이온수산화 테트라메틸암모늄
다른 화합물암모니아
하이드록실아민

2. 성질

암모니아수는 암모니아(NH3)와 (H2O) 분자가 수소 결합으로 연결된 형태와 NH4OH 형태의 분자가 혼재되어 있다고 여겨진다.[31] 암모니아 분자와 분자가 수소 결합으로 결합되어 있는 형태는 녹는점이 -79°C이고, 2암모니아(NH3) + (H2O) 형태는 녹는점이 -78.8°C이다.[32]

2. 1. 암모니아의 용해도 및 염기성

NH3H2O에 잘 녹으며, 용해 과정에서 열이 발생한다. 물에 녹은 암모니아는 일부 물 분자와 반응하여 암모늄 이온(NH4+)과 수산화 이온(OH-)을 생성하며, 이로 인해 염기성을 나타낸다.[31]

:NH3 + H2O ⇄ NH4+ + OH-

25°C에서 위 반응의 이온화 상수(Kb)는 1.77×10-5이다.[32] 1M 암모니아 수용액에서 약 0.42%의 암모니아가 이온화되며, pH는 약 11.63이다. 염기 해리 상수(Kb)는 다음과 같다.

:Kb = 1.8×10-5

2. 2. 포화 용액

다른 기체와 마찬가지로 암모니아는 용매의 온도가 증가함에 따라 용매 액체에서의 용해도가 감소한다. 암모니아 용액은 용해된 암모니아의 농도가 증가함에 따라 밀도가 감소한다. 15.6°C에서 포화 용액의 밀도는 0.88 g/ml이며, 질량으로 암모니아 35.6%, 용액 1리터당 암모니아 308g을 포함하고 있으며, 몰농도는 약 18 mol/L이다. 더 높은 온도에서는 포화 용액의 몰농도가 감소하고 밀도가 증가한다.[8] 포화 용액을 가열하면 암모니아 기체가 방출된다.

3. 제조법

암모니아에 녹여서 만든다. 1부피에 670부피암모니아가 녹을 수 있다. 암모니아에 녹는 과정은 발열 반응이기 때문에 식혀줄 필요가 있다.[31] 이 과정에서 공기 중의 이산화 탄소가 약간 녹아들어가서 약간의 탄산염이 생성되나 일반적으로는 이를 제거하지 않는다.[31]

다른 기체와 마찬가지로 암모니아는 용매의 온도가 증가함에 따라 용매 액체에서의 용해도가 감소한다. 암모니아 용액은 용해된 암모니아의 농도가 증가함에 따라 밀도가 감소한다. 15.6°C에서 포화 용액의 밀도는 0.88 g/ml이며, 질량으로 암모니아 35.6%, 용액 1리터당 암모니아 308g을 포함하고 있으며, 몰농도는 약 18 mol/L이다.[8] 더 높은 온도에서는 포화 용액의 몰농도가 감소하고 밀도가 증가한다.[8] 포화 용액을 가열하면 암모니아 기체가 방출된다.

4. 용도

암모니아수는 침전제나 완충 용액과 같은 시약, 의류의 얼룩 제거, 모직물 세탁, 국소 자극제, 흥분제, 제산제, 중화제와 같은 의약품으로 사용된다.[31] 세척제 이외의 용도로는 제한적으로 사용된다.

산업적으로 암모니아수는 알킬아민 제조의 전구체로 사용될 수 있지만, 무수 암모니아가 더 선호된다. 헥사메틸렌테트라민은 암모니아수와 포름알데히드로부터, 에틸렌디아민은 1,2-디클로로에탄과 암모니아수로부터 생성된다.[14]

20세기 초 증기흡수식 사이클이 널리 사용되었으나, 증기압축 사이클 개발 후 성능계수가 낮아 중요성이 감소했다. 엘렉트로룩스 냉장고[15]와 아인슈타인 냉장고는 암모니아 용액을 활용한 예이다.

암모니아는 클로라민 생성에 사용되며, 클로라민은 소독제로 활용된다.[16] 염소 소독보다 수인성 감염 위험을 낮출 수 있어 선호된다. 관상어 사육자들은 무어항 순환에 암모니아를 사용한다.[17]

암모니아수는 식품의 산도를 낮추는 산도 조절제로 사용된다. 미국 식품의약국(FDA)에서는 식품 등급 암모니아수를 일반적으로 안전하다고 인정되는 물질(GRAS)로 분류한다.[19] pH 조절 능력을 통해 항균제 역할도 한다.

정성 무기 분석에서 암모니아수는 착화제 및 염기로 사용된다.[22] 구리(II) 용액과 반응하여 진한 청색을 띠며, 톨렌스 시약 속 산화은 잔류물을 용해한다.[22] 질산은 수용액에 암모니아수를 과량 가하면 디아민은(I) 이온 착제가 생성되는데, 이를 톨렌스 시약이라 한다. 과산화수소수와 혼합하면 과산화수소가 급격히 분해된다.

암모니아 훈증법은 탄닌산 함유 목재를 어둡게 착색하는 데 사용된다.[20] 짚을 처리하여 "암모니아 처리 짚"을 생산한다.[21] 금, 은, 백금 장신구 세척에 사용되지만, 오팔, 진주 등 다공성 보석에는 부정적 영향을 줄 수 있다.[22]

4. 1. 가정용 세척제

가정용 암모니아는 물에 암모니아(NH3|NH)를 녹인 용액으로, 다양한 표면을 닦는 데 사용된다. 특히 유리, 자기, 스테인리스강을 청소할 때 얼룩이 덜 남는 광택을 내는 데 효과적이다.[9] 오븐을 청소하거나 구운 때를 불리는 데에도 자주 사용된다. 가정용 암모니아는 무게 기준으로 5%에서 10%의 암모니아 농도를 가진다.[9]

암모니아 용액(무게 기준 5~10%)은 특히 유리를 닦는 가정용 세제로 사용된다. 이 용액은 눈과 점막(호흡기 및 소화관)에 자극을 주며, 피부에도 약간의 자극을 줄 수 있다. 염소가 든 제품이나 가정용 표백제와 같이 강한 산화제와 섞으면 독성 염소아민 연기가 발생할 수 있으므로, 전문가들은 표백제를 섞지 않도록 주의해야 한다고 조언한다.[11]

또한 전문가들은 화면의 무반사 및 지문 방지 코팅이 손상될 위험이 있으므로 자동차 터치스크린에 암모니아 성분의 세제(예: 유리 또는 창문 세정제)를 사용하지 말라고 경고한다.[12]

희석된(1~3%) 암모니아는 창문 세정제를 포함한 수많은 세정제의 성분이기도 하다.[13] 물에 녹아 있는 암모니아는 물이 증발하면 함께 증발하여 창문에 얼룩이 남지 않는다.

물에 녹인 암모니아는 다른 세정 성분이 들어 있는 세정제의 성분으로 사용되는 것 외에도, "암모니아"라고 표시되어 세정제 자체로도 판매된다. 무향, 레몬 향(보통 노란색), 파인 향(녹색) 등으로 판매될 수 있다. 비누가 첨가된 암모니아는 "탁한 암모니아"라고 불린다.

4. 2. 산업 및 공업용

산업적으로, 암모니아수는 알킬아민 제조의 전구체로 사용될 수 있지만, 보통 무수 암모니아가 더 선호된다. 헥사메틸렌테트라민은 암모니아수와 포름알데히드로부터 쉽게 생성된다. 에틸렌디아민은 1,2-디클로로에탄과 암모니아수로부터 생성된다.[14]

20세기 초, 수-암모니아 시스템을 사용하는 증기흡수식 사이클은 대중적이고 널리 사용되었지만, 증기압축 사이클이 개발된 후에는 성능계수(증기압축 사이클의 약 5분의 1)가 낮아 중요성이 크게 감소했다. 엘렉트로룩스 냉장고[15]와 아인슈타인 냉장고는 암모니아 용액을 활용한 잘 알려진 예이다.

암모니아는 클로라민을 생산하는 데 사용되며, 클로라민은 소독제로 사용될 수 있다.[16] 식수에서 클로라민은 정체된 수도관에서 더 오래 활성을 유지하여 수인성 감염 위험을 줄일 수 있다는 점에서 직접적인 염소 소독보다 선호된다.

암모니아는 관상어 사육자들이 무어항 순환이라는 암모니아 공정을 사용하여 새로운 어항을 설치하는 데 사용된다.[17] 이러한 용도에는 첨가제가 없는 암모니아가 필요하다.

4. 3. 식품 산업

탄산암모늄과 중탄산암모늄은 초기에 사용된 화학적 팽창제 중 하나였다. 탄산암모늄은 사슴 뿔에서 추출하였으며,[18] 열에 의해 활성화되는 특성 때문에 팽창제로 유용하게 사용되었다. 이러한 특성 덕분에 제빵사는 빵과 쿠키를 부풀릴 때 효모의 긴 발효 시간이나 베이킹 소다로 인해 이산화탄소(CO2)가 빠르게 소실되는 문제를 피할 수 있었다. 암모니아 쿠키를 비롯한 여러 바삭한 구운 제품을 만드는 데 여전히 사용되지만, 암모니아 특유의 불쾌한 냄새와, 현대의 베이킹파우더 제제와 비교했을 때 식품 재료로 사용하는 것에 대한 우려 때문에 사용 빈도가 줄어들었다. 유럽 연합에서는 식품 첨가물로 사용하기 위해 E 번호 E527을 할당하였다.

암모니아수는 식품의 산도를 낮추는 산도 조절제로 사용된다. 미국 식품의약국(FDA)에서는 식품 등급 암모니아수를 일반적으로 안전하다고 인정되는 물질(GRAS)로 분류하고 있다.[19] 암모니아수는 pH 조절 능력을 통해 효과적인 항균제 역할을 한다.

4. 4. 실험실

암모니아수는 전통적인 정성 무기 분석에서 착화제 및 염기로 사용된다.[22] 많은 아민과 마찬가지로 구리(II) 용액과 반응하여 진한 청색을 나타낸다. 암모니아 용액은 톨렌스 시약에서 생성된 것과 같은 산화은 잔류물을 용해시킬 수 있다.[22]

질산은 수용액에 암모니아수를 가하면 산화은(I)이 침전하지만, 암모니아수를 과량 가하면 디아민은(I) 이온 착체로 용해된다. 이것은 톨렌스 시약이라고 불린다.

암모니아수를 금속 이온 존재 하에 과산화수소수와 혼합하면 과산화수소가 급격히 분해된다.

4. 5. 기타

암모니아수는 다음과 같은 용도로 사용된다.[31]

  • 가구 제작에서 암모니아 훈증법은 전통적으로 탄닌산을 함유한 목재를 어둡게 하거나 착색하는 데 사용된다. 목재와 함께 용기에 밀봉한 후, 암모니아 용액에서 나온 증기는 목재에 자연적으로 존재하는 탄닌산과 철염과 반응하여 목재에 풍부하고 어두운 착색된 모양을 만든다. 이 기법은 주로 오크 목재로 제작되고 이러한 방법으로 착색된 가구 스타일인 아츠 앤 크래프츠 운동 시대에 널리 사용되었다.[20]
  • 짚을 처리하여 소가 더 잘 먹을 수 있는 "암모니아 처리 짚"을 생산하는 데 사용된다.[21]
  • 정성 무기 분석에서 착화제 및 염기로 사용된다. 많은 아민과 마찬가지로 구리(II) 용액과 반응하여 진한 청색을 나타낸다. 암모니아 용액은 톨렌스 시약에서 생성된 것과 같은 산화은 잔류물을 용해시킬 수 있다. 금, 은, 백금 장신구를 세척하는 데 사용되는 용액에서 종종 발견되지만, 오팔이나 진주와 같은 다공성 보석에는 부정적인 영향을 미칠 수 있다.[22]
  • 국소 자극제, 흥분제, 제산제, 중화제 등의 의약품으로 사용된다.

5. 보관 및 취급 시 주의사항

암모니아는 증발될 수 있고, 공기 중 이산화 탄소기체를 흡수하므로 고무, 플라스틱, 유리 등의 마개로 막아 보관해야 한다. 온도가 상승하면 암모니아의 분압이 올라가 폭발할 수 있으므로 30°C 이하의 서늘한 곳에 보관해야 한다. 그 밖의 주의사항은 암모니아의 물질안전보건자료(MSDS)를 따른다.[31]

참조

[1] GESTIS
[2] 서적 Chemical Principles 6th Ed. Houghton Mifflin Company
[3] 웹사이트 C&L Inventory https://echa.europa.[...]
[4] 웹사이트 GESTIS-Stoffdatenbank https://gestis.dguv.[...]
[5] 문서 Ammonium hydroxide toxicity
[6] Housecroft2nd
[7] 웹사이트 Ammonium hydroxide physical properties http://www.airgasspe[...]
[8] 서적 Ammonia, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH
[9] 웹사이트 The Facts About Ammonia https://www.health.n[...] 2018-04-06
[10] 웹사이트 OSHA Hazard Communication Standard: Safety Data Sheets https://www.osha.gov[...]
[11] 학술지 Oxidation reaction of ammonia with sodium hypochlorite. Production and degradation reactions of chloramines
[12] 웹사이트 How To Clean Your Car's Interior https://www.consumer[...] 2021-01-31
[13] 백과사전 Wiley-VCH
[14] 서적 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry
[15] 웹사이트 Vapour Absorption Cycle - Domestic Electrolux Refrigerator http://engineersedge[...]
[16] 웹사이트 Chloramines in Drinking Water https://www.epa.gov/[...] US Environmental Protection Agency 2018-03-06
[17] 웹사이트 Fishless Cycling http://www.aquariuma[...] 2011-04-12
[18] 웹사이트 history notes—cookies, crackers & biscuits http://www.foodtimel[...] 2021-01-06
[19] 웹사이트 Database of Select Committee on GRAS Substances (SCOGS) Reviews: Ammonium hydroxide http://www.accessdat[...]
[20] 서적 Wood Coatings: Theory and Practice Elsevier 2009-08-12
[21] 웹사이트 Is it Bedding or is it Feed? | Ohio BEEF Cattle Letter https://u.osu.edu/be[...]
[22] 서적 Fine Jewelry Cleaner The Jeweler's Bench
[23] GESTIS
[24] 웹사이트 Ammónium-hidroxid (ESIS) http://ecb.jrc.ec.eu[...]
[25] 서적 化学大辞典 共立出版
[26] 서적 コットン・ウィルキンソン無機化学 培風館
[27] 서적 Inorganic Chemistry Prentice Hall
[28] GESTIS
[29] 서적 Chemical Principles 6th Ed. https://archive.org/[...] Houghton Mifflin Company
[30] 웹사이트 C&L Inventory https://echa.europa.[...]
[31] 서적 암모니아수 세화
[32] 서적 Ammonia McGraw-Hill



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