하이포아염소산

3. 성질

하이포아염소산은 수용액으로만 존재하며, 빛이나 열에 의해 분해되어 산소 라디칼을 발생시킨다. 이 산소 라디칼은 강한 산화성을 가지며, 이 때문에 표백, 살균, 소독 작용을 한다. 진한 용액은 담황색을 띠며, 자극적인 냄새가 난다.^[10][11]

수용액 중에서도 불안정하여, 불균등화 반응을 통해 염화 수소와 산소를 생성하거나, 염화수소와 염소산을 생성한다.

: 2HClO -> 2HCl\ + O2

: 3HClO -> 2HCl\ + HClO3

구리, 니켈, 코발트의 빛 또는 전이 금속 산화물이 존재하면 분해가 가속화된다.^[24]

하이포아염소산은 약산(pKa = 7.53)이며,^[71] 차아염소산 나트륨 등의 차아염소산염 수용액은 강한 염기성을 나타낸다.

염소를 물에 녹이면, 일부가 염산과 하이포아염소산이 된다.^[72]

: Cl2\ + H2O\ <=>\ HCl\ + HClO \quad K _{\rm w}=1.56 \times 10^{-4}

알칼리성 조건에서는 이 반응이 더 잘 일어나 차아염소산염 제조 방법 중 하나로 사용된다.

과산화 수소수와 반응시키면 산소가 생성된다.

: HClO\ + H2O2 -> HCl\ + H2O\ + O2

4. 제법

염소를 물에 녹이면 염산(HCl)과 하이포아염소산(HClO)이 생성된다.^[23]

:Cl2 + H2O <=> HOCl + HCl

산화수은(II)이나 산화비스무트(III) 수용액에 염소를 통과시켜 얻을 수도 있다. 1834년 프랑스 화학자 앙투안 제롬 발라르는 염소 기체가 담긴 플라스크에 물에 희석된 산화 수은(II) 현탁액을 첨가하여 하이포아염소산을 발견했다.^[10]

일산화 이염소(Cl₂O)를 물에 용해시켜 제조할 수도 있다.

:2 HClO ⇌ Cl2O + H2O, ''K'' = 3.55 × 10⁻³ dm³/mol (0 °C에서)^[24]

소금물을 전기분해하여 친환경적으로 생성할 수도 있다.^[75]

4. 1. 주의 사항

5. 반응

하이포아염소산은 다양한 화학 반응에 참여한다.

실험실에서는 수산화 칼륨 수용액 등에 염소를 통과시키거나, 차아염소산염 수용액을 황산으로 중화하고 수증기 증류하여 하이포아염소산 수용액을 얻는다. 산화 수은(II)의 사염화 탄소 현탁액에 염소를 통과시킨 후 물로 추출하거나, 산화 비스무트(III)를 물 현탁액 중에 염소를 통과시켜 수용액을 얻는 방법도 알려져 있다.^[71]

묽은 하이포아염소산 수용액은 존재하지만, 25% 이상의 농도에서는 이산화 이염소로 변하므로 순수한 하이포아염소산을 분리할 수 없다. 농후 수용액은 엷은 황색을 띤다. 하이포아염소산은 약산(pKa = 7.53)이므로, 차아염소산 나트륨 등의 차아염소산염 수용액은 강한 염기성을 나타낸다.

하이포아염소산 수용액은 불안정하여, 불균등화 반응에 의해 염화 수소를 방출하며 서서히 분해된다. 특히 산성 물질 수용액과 만나면 분해가 촉진된다.

:2HClO -> 2HCl\ + O2

:3HClO -> 2HCl\ + HClO3

하이포아염소산이나 그 염의 수용액은 칼키취라고 불리는 수영장의 소독조와 같은 냄새가 난다.

염소를 물에 녹이면, 일부가 염산과 하이포아염소산으로 변한다.^[72]

:Cl2\ + H2O\ <=>\ HCl\ + HClO \quad K _{\rm w}=1.56 \times 10^{-4}

중성 또는 산성 조건에서는 이 반응이 잘 진행되지 않지만, 알칼리성 조건에서는 생성되는 하이포아염소산이 차아염소산염이 되어 평형이 오른쪽으로 치우치므로, 차아염소산염 제조 방법 중 하나로 사용된다.

• 물과 이산화 이염소의 반응

• 과산화 수소수와 반응시키면 산소가 생성된다.

• 할로폼 반응에 의해, 알칼리성 조건 하에서 차아염소산(염)은 메틸 케톤이나 알코올류를 염소화한다.
• 탄소 이중 결합에 차아염소산이 부가되면, 클로로히드린체를 얻는다.

5. 1. 일반적인 반응

• 산과의 반응: 하이포아염소산 수용액 염(예: 상업용 표백제 용액의 차아염소산 나트륨)에 산을 첨가하면 염소 기체가 생성된다.^[24]
• 일산화 이염소와의 평형: 하이포아염소산은 일산화 이염소와 평형을 이룬다.^[24] (0 °C에서 ''K'' = 3.55 × 10⁻³ dm³/mol)
• 분해 반응: 구리, 니켈, 또는 코발트의 빛 또는 전이 금속 산화물의 존재는 염산과 산소로의 분해를 가속화한다.^[24]
• 암모니아와의 반응: 하이포아염소산은 암모니아와 반응하여 모노클로라민을 생성한다.
• 유기 아민과의 반응: 하이포아염소산은 유기 아민과 반응하여 ''N''-클로로아민을 형성한다.
• 과산화 수소와의 반응: 과산화 수소와 반응하여 산소를 생성한다.
• 할로폼 반응: 알칼리성 조건에서 하이포아염소산(염)은 메틸 케톤이나 알코올류를 염소화한다.
• 탄소 이중 결합과의 반응: 탄소 이중 결합에 하이포아염소산이 부가되면 클로로히드린체를 얻는다.

5. 2. 생체 분자와의 반응

6. 소독 작용 메커니즘

대장균은 하이포아염소산에 노출되면 여러 생명 유지 시스템이 비활성화되어 0.1초 이내에 생존력을 잃는다.^{[23][51][52][53][54]} 하이포아염소산은 0.0104–0.156 ppm의 LD₅₀을 가지는 것으로 보고되었으며,^[55] 2.6 ppm 농도에서는 5분 만에 100%의 성장 억제를 보였다.^[45] 그러나 살균 활성에 필요한 농도는 세균 농도에 따라 크게 달라진다.^[40]

하이포아염소산은 세포막에서 다양한 반응을 일으켜 세균을 죽이는 것으로 알려져 있다. 주요 기작으로는 포도당 산화 억제, 호흡 억제, 아데닌 뉴클레오타이드 고갈, DNA 복제 억제, 단백질 응집 유도 등이 있다.

6. 1. 포도당 산화 억제

6. 2. 호흡 억제

6. 3. 아데닌 뉴클레오타이드 고갈

6. 4. DNA 복제 억제

6. 5. 단백질 응집

7. 용도

하이포아염소산은 강력한 산화력과 살균력을 바탕으로 다양한 분야에서 활용된다.

• 생물학: 활성화된 호중구에서 미엘로과산화효소가 염화 이온을 과산화하여 생성되며, 세균 파괴에 기여한다.^[13][14][25]
• 유기 합성: 알켄을 클로로하이드린으로 전환한다.^[12]

7. 1. 살균 및 소독

7. 2. 의료

7. 3. 기타

8. 안전성

미국 환경 보호국(EPA)은 하이포아염소산을 유해하지 않은 물질로 분류한다. 농도와 pH에 따라 부식성이 있거나 자극적일 수 있다.

임상 시험 결과, 하이포아염소산수는 눈과 피부에 무독성이며 자극적이지 않은 것으로 나타났다.^[67]

2017년 연구에 따르면, 순수 하이포아염소산으로 보존된 생리식염수 위생 용액은 눈꺼풀의 세균 종 다양성을 변경하지 않으면서 세균 부하를 현저히 감소시켰다. 20분 치료 후 ''포도상구균'' 박테리아가 99% 이상 감소했다.^[68]

9. 하이포아염소산염

하이포아염소산염은 하이포아염소산의 염이며, 상업적으로 중요한 하이포아염소산염으로는 차아염소산 칼슘과 차아염소산 나트륨이 있다.

하이포아염소산염 용액은 배치 공정 및 유동 공정 모두에서 수성 염화 나트륨 용액의 전기 분해를 통해 현장에서 생산될 수 있다.^[66] 생성된 용액의 조성은 양극의 pH에 따라 달라진다. 산성 조건에서는 생성된 용액에 고농도의 차아염소산이 포함되지만, 부식성이 있을 수 있는 용해된 기체 염소도 포함된다. 중성 pH에서는 용액이 약 75%의 차아염소산과 25%의 차아염소산염을 띠게 된다. 생성된 염소 가스의 일부는 용해되어 차아염소산염 이온을 형성한다. 차아염소산염은 알칼리 용액에서 염소 가스의 불균등화 반응에 의해서도 생성된다.

• 차아염소산 칼슘 (표백분)
• 차아염소산 나트륨
• 차아염소산 칼륨

10. 상업화

하이포아염소산은 비교적 쉽게 만들 수 있지만, 안정적인 용액 상태를 유지하기는 어려웠다. 최근에 이르러서야 과학자들은 안정적인 상업적 사용을 위해 비용 효율적으로 하이포아염소산수를 생산하고 유지할 수 있게 되었다.^[11]

하이포아염소산이 발견된 이후 오랫동안 상업적 살균 적용은 어려웠는데, 이는 수용액에서의 안정성을 유지하기 어려웠기 때문이다. 활성 화합물은 빠르게 염수로 분해되어 살균 능력을 잃어, 광범위하게 사용하기 위한 운송이 어려웠다. 더 강력한 살균 능력에도 불구하고, 비용 때문에 표백제나 알코올에 비해 소독제로 덜 일반적으로 사용된다.

기술 개발로 제조 비용이 감소하면서 가정 및 상업용 하이포아염소산수 제조 및 병입이 가능해졌다. 그러나 대부분의 하이포아염소산수는 유통 기한이 짧으므로, 열과 직사광선을 피하여 보관하면 분해를 늦출 수 있다. 연속 흐름 전기 화학 전지의 추가 개발은 새로운 제품에 구현되어, 살균 목적으로 하이포아염소산을 현장에서 생성하기 위한 가정용 및 산업용 연속 흐름 장치의 상업화를 가능하게 했다.^[69]

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