질산 납(II)

3. 생산

질산 납(II)는 산화 납(II)와 농축된 질산의 반응으로 생성된다.^[10]

: PbO + 2 HNO₃(농축) → Pb(NO₃)₂↓ + H₂O

또한 금속 납과 희석된 질산을 반응시켜 얻은 용액을 증발시켜 얻을 수도 있다.^[11]

: Pb + 4 HNO₃ → Pb(NO₃)₂ + 2 NO₂ + 2 H₂O

: 또는 다른 조건에서는 다음과 같은 반응이 일어난다:

: Pb + 8 HNO₃ → 3 Pb(NO₃)₂ + 2 NO + 4 H₂O

질산 납(II)의 용액과 결정은 납 제련소에서 납–비스무트 폐기물을 처리하는 과정에서 부산물로 형성되기도 한다.^[12]

이 외에도 금속 납 또는 산화 납(II)을 가열하여 질산에 녹인 후, 뜨거운 물에서 재결정화하는 방법으로도 얻을 수 있다. 공업적인 규모에서의 합성법은 알려져 있지 않다.

4. 구조

5. 화학적 성질 및 반응

질산 납(II)은 가열하면 삐걱거리는 소리를 내며 분해되어 산화 납(II)를 생성한다. 이 특성은 불꽃놀이와 같은 화공술에 응용된다.^[9] 질산 납(II)는 물과 묽은 질산에 잘 녹는다.^[16]

알칼리를 용액에 첨가하면 염기성 질산염이 형성된다. 용액의 pH가 낮을 때는 주로 Pb₂(OH)₂(NO₃)₂가 생성되며, pH가 높아지면 Pb₆(OH)₅(NO₃)가 형성된다.^[17] 또한 Pb(NO₃)OH나 Pb₃O(OH)₂(NO₃)₂와 같은 염기성 염도 알려져 있다. 특히, [Pb₆O(OH)₆]⁴⁺ 양이온은 세 개의 면을 공유하는 PbO₄ 사면체 클러스터 내부에 산화물 이온(O^2-)을 포함하는 독특한 구조를 가진다.^[18] 일반적인 조건(pH 12 미만)의 수용액에서는 수산화 납(II)(Pb(OH)₂)이 형성된다는 뚜렷한 증거는 없다.

질산 납(II) 용액은 다양한 배위 복합체를 형성하는 데 사용될 수 있다. HSAB 이론에 따르면, 납(II) 이온은 '경성 산'으로 분류되며, 전자를 제공하는 질소나 산소 원자를 포함하는 리간드와 더 강한 결합을 형성하는 경향이 있다. 예를 들어, 질산 납(II)과 펜타에틸렌 글라이콜(EO₅)을 아세토니트릴과 메탄올 혼합 용액에서 반응시킨 후 천천히 증발시키면 [Pb(NO₃)₂(EO₅)] 화합물이 생성된다.^[19] 이 화합물의 결정 구조를 보면, EO₅ 사슬이 마치 왕관 에테르처럼 납 이온의 적도면 주위를 둘러싸고 있으며, 두 개의 두 자리 질산염 리간드는 서로 반대편에 위치하는 트랜스 배위를 하고 있다. 이 복합체에서 납 이온의 총 배위수는 10이며, 양쪽으로 모자가 씌워진 정사각형 반각기둥 분자 구조를 가진다.

비티아졸 두 자리 N-주개 리간드와 형성하는 복합체는 두 개의 납 원자를 포함하는 이핵성 구조를 가질 수 있다. 결정 구조는 질산염 그룹이 두 개의 납 원자 사이의 다리를 형성함을 보여준다.^[20] 이러한 유형의 복합체의 한 가지 흥미로운 측면은 배위권에 물리적 간극이 존재한다는 점이다. 즉, 리간드가 금속 이온 주위에 대칭적으로 배치되지 않는다. 이는 납 고립 전자쌍 때문일 수 있으며, 이미다졸 리간드를 갖는 납 복합체에서도 발견된다.^[21]

다른 납 염과 달리 질산 납(II)는 물에 잘 녹기 때문에, 물에 잘 녹지 않는 다양한 납 화합물을 합성할 때 좋은 출발 물질로 사용된다.

5. 1. 침전 반응

6. 용도

과거에는 크롬 옐로우(크롬산 납(II), PbCrO₄), 크롬 오렌지(염기성 크롬산 납(II), Pb₂CrO₅), 나폴리 옐로우와 같은 안료를 만드는 원료로 사용되었다. 이 안료들은 염색이나 캘리코(calico) 같은 직물을 인쇄하는 데 쓰였다.^[8] 또한 흑색 화약의 산화제나 아자이드화 납과 같은 특수 폭발물 제조에도 이용되었다.^[9]

현재는 나일론과 폴리에스터의 열 안정제, 감열지 코팅, 쥐약 등에 사용된다.^[10] 성냥 제조나 날염 시 매염제로도 쓰이며, 다른 납 화합물을 합성하는 원료가 되기도 한다.

금의 청화법(추출법의 일종)으로 침출하는 금 시안화 공정에서 질산 납(II) 용액을 소량(금 1kg당 질산 납 10~100mg) 첨가하면 침출(leaching) 공정을 개선하는 효과가 있다. 특히 부분적으로 산화된 광석에 효과적이다.^[22][23]

유기 화학에서는 디티오카르바메이트로부터 아이소싸이오사이안산염을 제조하는 데 사용될 수 있으며,^[24] S_N1 치환 반응 중 브로민 제거제로 사용된 사례도 보고되었다.^[25]

질산 납(II)을 가열하면 이산화 질소를 쉽게 얻을 수 있다.

:2 Pb(NO_3)_2 ->[\Delta] 2 PbO + 4 NO_2 + O_2

7. 안전성

질산 납(II)는 독성이 있으며, 섭취 시 급성 납 중독을 일으킬 수 있는데, 이는 모든 가용성 납 화합물에 해당한다.^[26] 모든 무기 납 화합물은 국제 암 연구 기구(IARC)에 의해 인간에게 발암 가능성이 있는 물질 (그룹 2A)로 분류된다.^[27] 이는 실험 동물에서 신장암 및 신경교종과 연관성이 나타났으며, 인체에서는 신장암, 뇌암 및 폐암과의 관련성이 제기되고 있다. 다만, 납에 노출된 작업자에 대한 연구는 종종 비소와 같은 다른 유해 물질에 동시에 노출되는 경우가 많아 해석에 어려움이 있다.^[28]

납은 체내에서 효소를 포함한 여러 생체 분자의 정상적인 기능을 방해할 수 있다. 특히 필수 미네랄인 아연 대신 결합하여 효소의 활성을 저해하는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 혈액 생합성 과정에 중요한 역할을 하는 δ-아미노레불린산 탈수 효소나 DNA 대사에 관여하는 피리미딘-5′-뉴클레오티데이스와 같은 효소의 기능이 납에 의해 방해받을 수 있다. 이러한 생화학적 교란은 특히 발달 중인 태아에게 심각한 손상을 유발할 수 있어 각별한 주의가 필요하다.^[29]

금속 납이나 황화납과 같이 물에 잘 녹지 않는 납 화합물은 상대적으로 위험성이 낮다고 여겨지기도 하지만, 염화 납(II)와 같이 물에 잘 녹거나 질산 납(II)처럼 용해도가 낮은 경우에도 체내 흡수 시 납 중독을 일으킬 수 있다. 납 중독의 주요 증상으로는 장 기능 부전, 복부의 극심한 통증, 식욕 감퇴, 메스꺼움, 구토 등이 나타날 수 있다. 따라서 질산 납(II)을 사용하거나 취급할 때는 반드시 적절한 보호 장비를 착용하고 안전 수칙을 준수해야 한다.

참조

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