왕수
진한 염산과 진한 질산의 혼합액.
염산이나 질산에도 녹지 않는 금 ·백금과 같은 귀금속도 염화물로서 녹이기 때문에
이런 이름이 붙었다.
보통 사용되는 것은 진한 질산 1부피와 진한 염산 3부피의 혼합물이지만, 오래 보존
하면 조성(組成)이 변화하므로 사용할 때마다 새로조제한다. 특유한 자극성 냄새가
나는 황색 액체이며, 이 용액 속에서는 HNO3＋3HCl ↔ Cl2+NOCl+2H2O 와 같은 반응에 의
해서 발생기(發生期)의 염소와 염화니트로실 NOCl이 생기기 때문에 강력한 산화용해성을 지
닌다.
왕수는 금이나 백금외에 황화물광석, 텔루르, 셀렌 광물, 납이나 구리의 합금, 여러
가지 금속의 비화물광석, 아연합금, 니켈광석, 페로텅스텐 등의 분석시료(分析試料)
를 잘 용해시키므로 화학분석에서 용해제로 사용된다.
또한 반대로 조성하여 질산 3부피와 염산 1부피로 혼합한 것을 역왕수(逆王水)라고 하며,
황철광 내의 황을 전부 산화용해하여 황산이온으로 하는 경우 등에 사용한다. 왕수에 물을 넣
어 2배로 묽게 한 것을 희왕수(稀王水)라고 한다. 왕수에 의해서 용해된 금속이온은 그 금속
의 최고 원자가를 나타낸다.
질산
화학식 HNO₃로 표시되는 물질 또는 그 수용액을 말하며 보통은 수용액을 가리킨다.
아세트산 ·황산에 이어서오래 전부터 알려져 왔으며 중요한 강한 산[强酸]의 하나이다.
8세기경 아라비아에서 녹반 FeSO4 ·7H2O, 또는 백반 KAl(SO4)2 ·12H2O와 초석(硝石) KNO3를 혼합하고 증류시켜 제조하였다. 17세기에 들어와서 J.R.글라우버가 이것을 개량하여 비트리올유(황산)와 초석의 혼합물을 증류하여 순수한 질산을 제조하였다.
구리 ·은 등을 녹이기 때문에 비트리올유보다도 강하다는 데서 강한 물이라는 뜻의 라틴어를 따서 aqua fortis라 불리고, 또 초석으로부터 얻어진다는 뜻에서 영국에서는 초석의 정(精)이라는 뜻인 spirit of nitre라고도 불렸다. 질산이라는 말은 1789년 A.L.라부아지에에 의하여 프랑스어로 acide nitrique라 명명된 이후 사용하게 되었다.
- 질산의 성질
농도 98% 이상의 질산은 무색의 액체이다. 흡습성이 강하고 발연한다. 빛을 쬐면
일부는 분해한다. 녹는점 －42℃, 끓는점 86℃(일부는 물과 오산화질소로 분해된다,
비중 1.502, 굴절률 1.397이다. 물에 임의의 비율로 섞이므로 농도의 질산을 만들 수 있다.
시판되는 진한 질산은 질산의 함량이 63, 67, 72%의 3종류이지만 비중은 각각
1.38, 1.40, 1.42이다. 금 ·백금 ·로듐 ·이리듐등의 귀금속 이외의 금속과 격렬히 반
응하고 이들을 녹이지만, 철 ·크롬 ·알루미늄 ·칼슘 등은 부동상태를 만들므로 침식
되지 않는다.
많은 유기화합물을 니트로화시킨다. 진한 질산 1, 진한 염산 3의 비율로 혼합한 것을 왕수
(王水)라고 하며 금 ·백금 등을 녹인다. 강한 1염기산이지만(이온화도는 1 N 용액이 82%,
0.1 N 용액이 93%) 진한 질산은 산으로서의 세기가 같은 농도의 염산보다는 떨어진다.
또한 진한 질산을 냉암소(冷暗所) 이외의 곳에 방치하면 햇빛 등의 작용으로 서서히 분해되
어 황갈색으로 변한다. 강한 산화제이며 황 ·인 등과 가열하면 각각 황산과 인산을 생성한다.
염산
염화수소 HCl의 수용액을 말하며 염화수소산이라고도 한다.
동물의 위에서 분비되는 위산의 주요 성분이다. 공업적으로는 염소와 수소에서 직접 합성한 염화수소를 물에 흡수시켜서 만드는데 이것을 합성염산이라 한다. 또 유기화합물을 염소화할 때 부가적으로 얻는 경우도 있는데, 이것은 부생(副生) 염산이라 하며, 불순물로 인해 착색되어 있다.
- 성 질
보통 무색이고 농도 35 % 이상의 것을 진한 염산이라고 한다. 진한 염산은 습한 공기 중에
서 두드러지게 발연하고 자극적인 냄새가 나는 용액이며, 일염기산은 전형적인 강한 산이
다.
공업용 염산에는 염화철 등이 함유되어 있어 황색을 띤다. 시중에서 판매되는 것은 37.2 %
(100 g 내에 있는 염화수소의 그램수)로 약 12 N, 비중 1.190이다. 또 10 % 이하를 묽은 염
산이라고 한다. 농도 C %와 비중 d의 관계는 C=200(d－1)로 표시된다. 1기압하에서는
일정한 끓는점 108.584 ℃를 가진다. 20.24 %에서 물과 공비혼합물을 만들기 때문에, 농도
에 관계없이 끓는점은 차차 올라가며, 이 온도에서 증발분과 잔류분이 같아진다.
아연 ·알루미늄 ·주석 등 이온화경향이 큰 금속과는 반응하여 수소를 발생시킨다.
이온화경향이 작은 은 ·수은 ·금 ·백금 등과는 반응하지 않으나, 구리 ·철 ·니켈 등과
는 가열하면 녹는다. 금속의 산화물은 일반적으로 반응하여 염화물이 된다. 비금속
과는 거의 작용하지 않는다.
황산
화학식 H₂SO₄인 물질, 또는 그 수용액을 말하나 후자를 말하는 경우가 많다.
전자에 삼산화황 SO3을 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.
황이나 백반은 오래 전부터 알려져 있었으며 8세기경으로 아랍인 게베르가 처음으로 백반을
건류해서 제조하였다고 전해진다. 15세기경에는 황과 초석으로부터 만들었고, 1740년 영국
에 처음으로 종 모양의 유리그릇을 사용해서 황을 연소시켜 황산을 제조하는 공장이 건립되
었다. 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 가능
하게 되었다. 1818년경에는 황 대신에 값싼 황화철석을 사용하였고, 1727년에 게이뤼삭탑,
1759년에 글러버탑이 제조되어 연실법으로 발전하였으나 그 후 생산증대를 위한 연구개량이
이루어져 탑식(塔式) 황산제조법으로 완성되었다.
그러나 이 방법도 1831년 백금 석면을 촉매로 하여 이산화황과 산소로부터 삼산화황을 얻는 접촉식(接觸式)으로 바뀌었다. 이 접촉식을 바로 공업화하는데는 당시의 이산화황에 불순물
이 많아 촉매를 비활성화시키기 때문에 불가능했으나 이것도 순수한 이산화황을 사용함으로
써 1881년 영국에서 공업화하는 데 처음으로 성공하였다. 접촉식은 알리자린염료 공업이 발
달한 20세기 초반부터 급격히 발전하였지만, 이 무렵부터 바나듐계 촉매의 연구가 진전되어,
1913년 독일에서 실용적인 촉매 제조에 성공하였으며, 그 후 개량을 거듭하여 오늘에 이르렀
다.
- 성 질
순수한 황산은 무색으로 점성(粘性)이 있는 기름 같은 액체이다. 겨울철에는 결정화한다.
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% 수
용액)이 된다. 순황산(100% 황산) 및 진한 황산은 물과의 친화력(親和力)이 강하여 혼합하
면 강하게 발열한다. 또 물과 강하게 결합할 뿐만 아니라 강력한 탈수작용이 있어, 다른 여
러 가지 화합물로부터 산소와 수소를 빼앗기 때문에 각종 건조제·탈수제로 사용되며,
설탕이나 섬유 등에 황산을 작용시키면 탈수되어 탄소가 유리된다. 진한 황산에 삼산화황
을 녹인 발연황산은 탈수작용이나 산화작용이 휠씬 강하다.
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 완전
히 이루어진다. HSO4- ↔ H+＋SO42- 의 이온화 상수는 ［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 반응
하지 않지만 가열하면 이산화황을 발생하고 황산염을 만든다. 또한 각종 유기화합
물, 특히 방향족 화합물과 반응하여 술폰산을 만든다. 황산이온의 존재는 염화바륨
을 가할 때 흰 앙금이 생기므로 검출할 수 있다.
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