염화 수소

염화 수소(HCl)는 상온에서 자극적인 냄새가 나는 무색 기체로 물에 잘 녹아, 부피로 477배, 무게로는 100 g의 물에 81.31 g 녹는다. 용해도가 크기 때문에 기체 상태의 염화 수소는 습한 공기 중에서 연기처럼 보인다. 염화 수소 수용액을 염산(hydrochloric acid)이라고 한다.

수용액에서 옥소늄 이온(H₃O^＋)과 염소 이온(Cl^－)으로 해리되며 묽은 용액에서 완전히 해리되므로 염산은 강산이다. 염화 수소 기체는 반응성이 큰 금속과 금속의 산화물, 수산화물, 탄산 염과 반응하여 염화물을 만든다. 이 반응은 습기가 있으면 쉽게 일어나며 습기가 전혀 없는 염화 수소는 금속과 반응성을 보이지 않는다. 염화 수소는 알코올, 에터, 벤젠 등에도 잘 녹는다.

염화 수소 극성 구조, 저장 용기, 및 염산 (출처: 대한화학회)

목차

염화 수소는 수소(H) 원자와 염소(Cl) 사이에 극성 공유 결합을 갖는 이원자 분자이다. 결합 길이는 127.4 pm이다. 염소 원자는 수소 원자보다 전기음성도가 크므로 염소 이온에 부분 음전하(δ-)를 나타내며 수소 원자에 부분 양전하(δ-)를 갖는다.¹⁾ 큰 쌍극자 모멘트를 갖는 극성을 나타내며, 물에 잘 녹고 가역적 화학 반응으로 이온화된다. 염화 수소의 수용액을 염산이라고 하며 묽은 농도에서는 완전히 이온화된다.

@@NAMATH_INLINE@@\ce{ HCl + H2O -> H3O+ + Cl- }@@NAMATH_INLINE@@

산업적으로 대량 생산되는 염화 수소는 대부분 염산 생산에 이용된다.²⁾ 염소와 수소간의 직접적인 반응으로 고순도의 염화 수소를 공업적으로 얻는다. 이 반응은 발열 과정이어서 반응기를 HCl 오븐 또는 HCl 버너라고 부른다. 얻어진 염화 수소를 순수한 물에 녹여 고순도의 염산 용액을 얻게 되며, 고순도의 염산은 식품 회사에서 많이 사용한다.

@@NAMATH_INLINE@@\ce{ Cl2 + H2 -> 2HCl }@@NAMATH_INLINE@@

염화 수소 기체를 실험실에서 얻는 간단한 방법은 진한 황산에 진한 염산을 방울 방을 흘려 탈수시켜 염화 수소 가스를 얻는 방법이다. 단 이 방법에서 염화 수소 가스를 건조시키려고 P₂O₅를 건조제로 사용하면 안된다. P₂O₅는 염화 수소와 반응하여 HPO₃와 POCl₃를 생성하기 때문이다.

또한 염화 소듐(NaCl)에 황산을 가해도 염화 수소를 얻을 수 있는데, 첫 단계 반응은 상온에서 일어나며 NaCl이 남아 있는 경우 200 °C 이상 가열하면 두 번째 반응이 진행된다.

2NaCl + H₂SO₄ → HCl↑ + NaCl + NaHSO₄ → HCl↑ + Na₂SO₄

오염화 인(PCl₅)이 물과 반응시켜 염화 수소를 얻을 수도 있다.

PCl₅ + H₂O → POCl₃ + 2 HCl

염화 수소는 고무를 부식시켜며 윤활 그리스를 못쓰게 만든다. 인체의 눈, 피부, 호흡계 부위에 염화 수소가 접촉이 되면 습기로 인하여 부식성을 나타낸다. 고농도 기체 흡입 시 폐수종으로 사망에 이를 수 있으며 눈에는 자극과 통증, 각막 손상과 실명을 유발할 수 있다. 피부 접촉시 발진과 심각한 화상을 입게 된다.

1. Ouellette, Robert J.; Rawn, J. David (2015). Principles of Organic Chemistry. Elsevier Science. pp. 6–.
2. Austin, Severin; Glowacki, Arndt (2000). 'Hydrochloric Acid'. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry.