기 술 자 료 집

1. 기 술 자 료 집 ㈜ 두 성 테 크

2. H2SO4(Sulfuric acid)

3. 요 약 • 화학식 H2SO4인 물질, 또는 그 수용액 • 삼산화황 (SO3)을 녹인 것은 발연성(發煙性)이 있어 발연황산이라 한다. 또 수용액의 경우는 정확한 구별이 있는 것은 아니지만 90% 이상이 진한 황산이다 • 시판되는 진한 황산은 보통 농도가 96%, 비중 1.84, 36N (노르말)이다.

4. History • 황이나 백반은 오래 전부터 알려져 있었으며 8세기경으로 아랍인 게베르가 처음으로 백반을 건류해서 제조하였다고 전해진다. 15세기경에는 황과 초석으로부터 만들었고, 1740년 영국에 처음으로 종 모양의 유리그릇을 사용해서 황을 연소시켜 황산을 제조하는 공장이 건립되었다. 그 후 영국에서는 유리 대신 연실(鉛室)을 사용했고, 이것이 개량되어 황을 연소시키는 노(爐)를 연실과 분리시키고 보일러를 사용해서 물을 공급할 수 있게 되어 연속조작이 가능하게 되었다. 1818년경에는 황 대신에 값싼 황화철석을 사용하였고, 1727년에 게이뤼삭탑, 1759년에 글러버탑이 제조되어 연실법으로 발전하였으나 그 후 생산증대를 위한 연구 ·개량이 이루어져 탑식(塔式) 황산제조법으로 완성되었다

5. 그러나 이 방법도 1831년 백금 석면을 촉매로 하여 이산화황과 산소로부터 삼산화황을 얻는 접촉식(接觸式)으로 바뀌었다. 이 접촉식을 바로 공업화하는 데는 당시의 이산화황에 불순물이 많아 촉매를 비활성화 시키기 때문에 불가능했으나 이것도 순수한 이산화황을 사용함으로써 1881년 영국에서 공업화하는 데 처음으로 성공하였다. • 접촉식은 알리자린 염료 공업이 발달한 20세기 초반부터 급격히 발전하였지만, 이 무렵부터 바나듐계 촉매의 연구가 진전되어, 1913년 독일에서 실용적인 촉매 제조에 성공하였으며, 그 후 개량을 거듭하여 오늘에 이르렀다

6. ◇ 성 질 • 순수한 황산은 무색으로 점성(粘性)이 있는 기름 같은 액체이다. 겨울철에는 결정화 되며 녹는점 10.4℃, 비중 l.84(15℃)이다. 많은 무기물 및 유기물을 녹이며, 가열하면 290℃에서 분해하기 시작하여 삼산화황을 발생한다. 317℃에서 끓기 시작하여 공비혼합물(98.54% 수용액)이 된다 . • 순황산(100% 황산) 및 진한 황산은 물과의 친화력(親和力)이 강하여 혼합하면 강하게 발열한다. 또 물과 강하게 결합할 뿐만 아니라 강력한 탈수작용이 있어, 다른 여러 가지 화합물로부터 산소와 수소를 빼앗기 때문에 각종 건조제·탈수제로 사용되며, 설탕이나 섬유 등에 황산을 작용시키면 탈수되어 탄소가 유리된다. 진한 황산에 삼산화황을 녹인 발연황산은 탈수작용이나 산화작용이 휠씬 강하다

7. 진한 황산은 저온에서는 산화작용이 강하지 않지만 가열하면 강한 산화작용을 나타낸다. 황산수용액, 즉 보통 말하는 황산은 무색의 용액으로 강한 이염기산이다. 해리도(解離度)는 1 N에서 51%, 0.1 N에서 59%, 묽은 용액에서는 H2SO4 ↔ H+＋HSO4-으로 해리가 완전히 이루어진다. HSO4- ↔ H+＋SO42-의 이온화상수는 ［H+］［ HSO4-］/［ H2SO4］= 0.02(18℃) 이다. 아연·철·마그네슘·알루미늄 등의 각종 금속은 묽은 황산에 녹아서 수소를 발생하고 황산염을 만든다. 진한 황산은 낮은 온도에서는 이들 금속과 반응하지 않지만 가열하면 이산화황을 발생하고 황산염을 만든다. 또한 각종 유기화합물, 특히 방향족 화합물과 반응하여 술폰산을 만든다. 황산이온의 존재는 염화바륨을 가할 때 흰 앙금이 생기므로 검출할 수 있다.

8. 일반적으로 접촉식으로 만든 것은 98% 이상으로 농도가 높고 무색인 것이 얻어지지만, 탑산(塔酸) 등에서는 셀렌·유기물 등으로 인해서 붉은 보라색 또는 흑갈색을 띠며, 농도는 57∼59°B (보메도)로 상당히 묽다. 이들 묽은 황산은 운반이나 부식 등의 이유 때문에 65 °B 까지 농축시켜 과인산석회나 황산암모늄의 제조나 철의 녹 제거 등에 사용된다.

9. ◇ 제조 및 정제 • 황 또는 황화석(黃化石), 보통 황화철(黃化鐵)을 배소(焙燒)하여 이산화황을 만들고, 이것을 산화시키고 물에 흡수시켜서 제조한다. 이 밖에 각종 광석제련소에서 황화광석을 처리할 때의 폐가스 ·석유분해가스 ·석탄가스 등으로부터 얻는 이산화황을 이용하는 경우도 있다. • 이산화황을 산화하는 방식에 따라 질산식과 접촉식의 두 가지가 사용된다. 질산식에서는 산화질소를 사용하여 SO2＋H2O＋N2O3 → H2SO4＋2NO 4NO＋O2 → 2N2O3와 같은 주반응에 의해서 제조하지만, 접촉식에서는 촉매(대부분 산화바나듐 V2O5계 촉매)를 사용하여 2SO2＋O2 → 2SO3 SO3＋H2O → H2SO4와 같은 반응에 의해서 제조한다.

10. 질산식에서는 그 메커니즘에 따라 연실식(鉛室式)과 강력식(强力式:탑식·반탑식)의 2종이 있고, 연실식에서 얻은 황산을 연실황산, 질산식 제조장치의 탈질탑(脫窒塔)으로부터 얻은 황산을 탑산 또는 글러버산이라고 한다. • 또, 질산식으로 제조한 것은 비교적 농도가 낮아 박황(薄黃)으로 불리기도 한다. 접촉식은 ［그림］과 같은 공정으로 제조되는데 촉매에는, 예를 들면 산화바나듐 V2O5 7%, 산화칼륨 5∼14%, 이산화규소 60∼80%, 산화철 0∼5%의 성분을 가진 것을사용하고 보통 이것을 지름 수 mm, 길이 1cm 정도의 원통형으로 성형하여 컨버터에 충전한다. • 이 속을 7% 정도 농도의 이산화황과 공기의 혼합물을 통과시켜 삼산화황 (SO3)으로 만들고 이것을 진한 황산에 흡수시켜 98% 황산 또는 발연황산으로 만든다.

11. 접촉식으로 만든 황산을 접촉황산이라고 하는 경우도 있다. 접촉황산은 순도와 농도가 높고 발연황산까지 만들 수 있는 특성을 지닌다. 발연황산 또는 100% 황산은 적당히 묽게 하여 필요로 하는 임의의 농도를 만들 수 있다. 접촉식에서는 촉매독을 제거하기 위해서 원료인 이산화황을 각종 공정을 거쳐 정제하기 때문에 비교적 순도가 높은 것을 얻을 수 있다. • 이에 비해서 질산식인 경우는 일반적으로 원료로부터 혼입되는 각종 불순물이 존재하기 때문에 약품처리·농축·증류 등으로 정제황산을 만든다. 최근에는 대부분 접촉식에 의한 순수한 원료가스를 사용하고, 좋은 질의 내산자기제(耐酸磁器製) 흡수탑·냉각기·펌프 등을 사용하여 증류수를 써서 제조한다. 보통은 진한 황산을 증류하고 발생하는 삼산화황을 물에 녹여서 황산으로 만든다.

12. ◇ 용 도 • 화학공업에서 기초원료로 가장 중요한 것 중의 하나이다. 금속제련 ·제강 ·방직 ·제지 ·식품 등의 각종 공업에 광범위하게 사용되고 있으며, 이 밖에 실험실용 시약 ·의약품으로서의 용도도 많다. • 예를 들면, 제조화학에서는 황산암모늄 ·과인산석회 ·망초(芒硝) ·황산칼륨 ·석고 ·술폰산 또는 그 염, 이 밖에 질산 ·염산 ·인산 ·아세트산 ·크롬산 등과 같은 각종 산, 인산암모늄 ·황화수소 ·염소 ·인조섬유 ·합성섬유 ·염료 ·산화티탄 리토폰 ·페놀 등의 제조에 사용된다. 촉매로 사용되는 경우도 있고, 아세트 ·아세트산셀룰로오스, 각종 에스테르의 제조, 석유의 분해 등에도 사용된다.

13. 니트로벤젠 ·니트로글리세롤 ·니트로셀룰로오스 등의 제조에는 니트로화 시약으로 진한 황산이 조제(助劑)로 필요하며, 알데히드 ·숙신산 ·옥시산, 케톤 등에서는 산화조제(酸化助劑), 아연 ·철 ·알루미늄 ·나트륨 등에 의해서 각종 유기화합물을 만들 때에는 환원조제(還元助劑)로 사용된다. 또 철강 ·황동 ·청동 ·구리 ·은 등의 녹 제거나, 석유 ·유지 ·그리스 ·타르 ·지방산 등의 세정에 다량으로 사용된다. 이 밖에 녹말 ·목재의 당화(糖化)나 방부제 ·제초제 ·살균제 ·살충제 ·매염제(媒染劑) ·축전지 ·피혁의 탈모제로와 폐수처리시 pH 조절용으로도 사용한다.

14. 정 보 마 당

15. ♤ 물리적특성 • 분 자 식 :H2SO4 • CAS Number : 7664-93-9 • 물리적 특성 ▷ 외 관 : 무색(연한노랑),무취의 점성있는 액체 ▷ 취기한계 : 1mg/m3 ▷ 증 발 율 : 자료 없음 ▷ 분 자 량 : 98.7 ▷ 증 기 압 : 0.001이하(20 ℃) ▷ 끓 는 점 : 626F (330℃) ▷ 녹 는 점 : 50F (10℃) ▷ 증기밀도 : 3.4 ▷ 비 중 : 1.84 (98%) ▷ 용 해 도 (물) : 용해됨 ▷ 산 성 도 : pH 3 이하 ▷ 용해도 (용제) : 알코올 용해 → 340℃에서 삼산화황산과 물로 분해

16. ※ 비 중 표(1)

17. ※ 비 중 표(2)