수산화 소듐

소듐 양이온과 수산화 음이온의 결합으로 만들어진 간단한 구조의 무기 염기로, 다양한 산업 및 생활에서 광범위하게 사용되는 중요한 강염기이다.

목차

수산화 소듐은 이전에 수산화 나트륨이라고도 불렸으며, 소듐 양이온(Na⁺)와 수산화 음이온(하이드록실기, OH^-)으로 이뤄진 NaOH의 실험식을 갖는 염(salt) 화합물이다. 그 외에 가성 소다라는 이름으로도 불린다. 수산화 소듐은 비누를 제조하는 과정에서 만들어지기 시작하였으며, 13세기 아랍의 비누 만드는 과정에 관한 기술에서 수산화 소듐의 제조 과정에 관한 문건을 찾을 수 있다. (Al-mukhtara` fi funun min al-suna’, 다양한 산업 예술에서의 발견이라는 뜻). 이 방법은 나무 재를 이용하여 염기성 물질을 제조하는 과정을 포함하고 있는데, 1791년 프랑스의 화학자 르블랑(Nicolas Leblanc, 1742-1806)이 비슷한 방법의 소다회(soda ash)를 이용한 수산화 소듐 및 탄산 소듐의 제조를 특허화하였다. 20세기 이후에는 염화 소듐(NaCl)을 전기분해하여 수산화 소듐을 생산하는 방법이 전 세계적으로 사용되고 있다.

수산화 소듐 알갱이(pellet) ( )

순도 높은 수산화 소듐은 무색의 결정성 고체로 318도의 녹는점을 보이며, 물에 매우 잘 녹는다. 추가로 메탄올, 에탄올 및 글리세롤 등에 소량 녹으며, 에터 등의 유기 용매에 녹지 않는다. 수산화 소듐 용액 역시 무색과 무취이다. 공기 중의 습기 및 이산화 탄소를 흡수하는 성질을 가지고 있고, 수화되어 NaOH·H₂O부터 NaOH·7H₂O까지 다양한 수화물 형태를 가질 수 있다. 각각의 수화물에 대해 다른 합성 조건과 성질을 보이는데, 이 중 NaOH·H₂O 상태가 가장 흔하게 알려져 있으며, 흔히 사용되는 수산화 소듐의 성질은 NaOH·H₂O로 나타난다. NaOH·H₂O은 1.829 g/cm³의 밀도와 65.10도의 녹는점을 갖는다.

수산화 소듐은 강한 염기로써 다양한 화학 반응에 참여할 수 있다. 우선 산성 수소를 가지는 물질과 즉각적으로 반응하여 물 한 분자와 염을 생성한다. 예로 수산화 소듐이 염산과 반응하면 물과 염화 소듐이 생성된다.

NaOH(aq) + HCl(aq) -> NaCl(aq) + H₂O(l)

위의 중화 반응은 매우 즉각적이며 발열 반응이다. 또한, 이런 산-염기 반응은 적정(titration)에 이용할 수 있지만, 수산화 소듐의 경우 공기 중의 물과 이산화 탄소를 흡수하는 성질 때문에 다양한 적정에 응용되지는 않는다. 또한, 수산화 소듐은 산성 산화물로 불리는 비금속 물질의 산화물(예, 이산화황, SO₂)과 반응하는 성질을 가지고 있다. 이런 반응은 연소 과정에서 생기는 황 산화물을 제거하는 반응으로 사용될 수 있다.

2NaOH + SO₂ -> Na₂CO₃ + H₂O

수산화 소듐과 다르게 많은 금속 수산화물은 물에 대한 용해도가 좋지 않다. 따라서, 수산화 소듐을 금속 이온과 반응시켜 금속 이온을 침전시키는 용도로 사용할 수 있다. 또한, 수산화 소듐은 염기에 의한 에스터나 아마이드의 가수 분해 반응인 비누화 반응 (saponification)을 일으킬 수 있다. 따라서 수산화 소듐 또는 수산화 소듐 수용액을 피부에 접촉하는 것은 화상을 일으킬 수 있고, 잠깐 만질 때 미끌미끌한 감촉을 느낄 수 있는데, 이는 수산화 소듐에 의한 단백질의 비누화 반응은 상온에서도 일어나기 때문이다. 하지만 공업적인 비누화 반응의 경우 유기 용매에 대한 용해도가 낮은 수산화 소듐보다 수산화 포타슘이 더 자주 사용된다.

위에서 언급된 것처럼 수산화 소듐의 대량 생산은 전기분해 방법을 이용한다. 역사적으로는 탄산 소듐과 수산화 칼슘을 복분해시켜 물에 녹아 있는 수산화 소듐을 얻고 물에 녹지 않는 탄산 칼슘을 분리하는 방법을 이용하며, 이후 솔베이 법(Solvay process)으로 대체되어 다양한 염화 알칼리 물질의 생산 방법으로 이용되고 있다.

솔베이법에서 일어나는 화학 반응들 ( )

전 세계적으로 생산되는 수산화 소듐의 50%는 다른 화학 물질의 합성 및 제조에 직접 이용되고, 나머지 반은 주로 제지 공업, 식품 공업, 섬유 공업, 비누와 세제 생산 등의 공업 분야에서 기본 반응 물질로 사용된다. 이외에도 강한 염기성이 필요한 경우 및 산성 물질 중화와 제거에도 수산화 소듐이 광범위하게 사용되고 있다.

수산화 소듐은 단백질 및 지질과 상온에서 즉각적으로 반응하기 때문에, 생체 조직 및 피부에 직접 닿았을 경우 화학 화상을 입을 수 있다. 따라서 상시 장갑 등 보호 장비를 착용한 후 취급하여야 한다. 또한, 수산화 소듐을 물에 용해하거나 산과 반응시킬 때는 다량의 열이 발생하기 때문에 반드시 주의하여야 한다. 수산화 소듐은 금속과 반응하여 부식시킬 수 있으므로 사용상 주의가 필요하며, 금속과 반응한 경우 폭발성이 있는 수소 기체를 생성시킬 수 있다. 추가로, 수산화 소듐은 천천히 유리를 부식시키는 것으로 알려져 있으므로, 특별히 보관에 주의하여야 한다. 수산화 소듐을 섭취한 경우 다량의 물 또는 식초를 복용하여 중화시켜야 하며, 피부에 다량 접촉하면 물로 쉽게 제거되지 않기 때문에 5~10% 황산 마그네슘 용액을 사용하여 씻어주고, 바로 의사에게 보여야 한다.

GHS(Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals) 기준 부식성이 있는 물질을 나타내는 표식. 수산화 소듕믄 대표적인 부식성 물질이다. ( )