탄화물(carbide)과 아세틸리드(acetylide)

[김철권]

원래 탄화물을 영어로는 카바이드(carbide)라고 합니다.

그런데, 흔히 카바이드라는 말을 탄화칼슘(칼슘카바이드)의 속칭으로 쓰이는 경우가 많습니다.
보통 알코올하면, 에탄올을 말하는 것과 비슷한 경우로 볼 수 있겠네요.

그러나, 배우는 입장에서는 용어의 개념을 확실히 짚고 넘어가야 되리라 생각되어 본 글을 작성하게 되었습니다.
그리고, acetylide를 한글식으로 표기할 때, 아세틸리드로 표기합니다. 일부 위험물관련서적에서는 아세틸라이드로 표기하는 경우도 있다는 것을 알아두시고요. 혹시 이를 아세틸레이트, 아세틸레이드라고 읽는 경우도 있는 것 같은데, 이것은 잘못된 표기입니다.

이상 전체적으로, 포괄적인 개념을 파악하는 것도 도움이 되리라 생각하여 본 글을 적게 되었습니다.

[탄화물(carbide)]

탄소와 그보다 양성인 원소와의 화합물을 말한다.

크게 구분하면, 이온성탄화물, 공유결합성탄화물, 침입형탄화물이 있다.

1. 이온성탄화물

탄소와 양성이 강한 원소와의 화합물.
C^4-, C₂^2-, C₃^4- 등을 포함하고, 특히 C₂^2-염을 acetylide(아세틸리드)라고 한다.
물 및 묽은 산에 의해 분해되는 것이 많다.

1) C^4-형 :  Al₄C₃, Be₂C 등. 이것들은 가수분해하여 CH₄(메탄)을 생성한다.
     Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄
     Be₂C + 4H₂O → 2Be(OH)₂ + CH₄

2) C₂^2-형 :  acetylide(아세틸리드)라고 한다.
* acetylide : 아세틸렌의 수소원자 2개 또는 1개가 금속에서 치환되어 생기는 염형태의 탄화물의 총칭.
Li₂C₂, Na₂C₂, K₂C₂, Rb₂C₂, Cs₂C₂, Cu₂C₂, Ag₂C₂, MgC₂, CaC₂, SrC₂, BaC₂, ZnC₂, CdC₂, HgC₂, BeC₂, Al₂C₆,
Ce₂C₆ 등. 이것들은 물 또는 산의 작용으로 C₂H₂(아세틸렌)을 생성한다.
Cu, Ag, Hg염은 폭발성이 있다.
CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂
Li₂C₂ + 2H₂O → 2LiOH + C₂H₂

Na₂C₂ + 2H₂O → 2NaOH + C₂H₂

K₂C₂ + 2H₂O → 2KOH + C₂H₂

MgC₂ + 2H₂O → Mg(OH)₂ + C₂H₂

     그 밖에 희토류원소의 탄화물도 아세틸리드로서,
     YC₂, LaC₂, CeC₂, PrC₂, NdC₂, SmC₂, ThC₂, VC₂, UC₂ 등. 이것들은 가수분해하면, 
     70~80%의 아세틸렌과 20%의 메탄·에틸렌·수소 또는 그 밖의 탄화수소를 생성한다.

3) C₃^4-형 : Mg₂C₃ 등. 이것들은 가수분해하면 CH₃CCH를 생성하므로 알리드라고도 부른다.

4) 기타 : U₂C₃ 등. 이것들은 복잡한 가수분해를 한다.

2. 공유결합성탄화물

탄소와 양성이 약한 원소 중 원자반지름이 작은 원소와의 화합물
공유결합으로 이루어진 고체로서, 단단하고 화학적으로 극히 안정하다.
탄화규소(SiC), 탄화붕소(B₄C) 등이 있다.

3. 침입형탄화물
탄소와 양성이 약한 원소 중 원자반지름이 큰 원소와의 화합물
전이원소의 화합물이 많고 불투명, 금속광택이 나고 금속성전도를 가진다.

1) 금속원소의 원자반지름이 거의 1.4Å이상(단, V는 예외로서 1.35Å)인 경우,
    TiC, ZrC, HfC, VC, TaC, MoC, WC, V₂C, Ta₂C, Mo₂C, W₂C 등. 이것들은 단단하고
    화학적으로 극히 안정하다.

     2) 금속원소의 원자반지름이 거의 1.4Å이하인 경우,
   Mn₃C, Fe₃C, Co₃C, Ni₃C, Cr₃C₂ 등. 이것들의 금속격자는 꽤 변형되어 있고,

         물 또는 산과 반응하면 수소 및 탄화수소가 생긴다.

    Mn₃C + 6H₂O → 3Mn(OH)₂ + CH₄ + H₂

이상이 일반적인 탄화물(carbide)에 대한 설명입니다.

위에서, 파란색으로 되어 있는 물질은 물과 반응하여 아세틸렌을,

빨간색으로 되어 있는 물질은 물과 반응하여 메탄을 발생하는 대표적인 물질이니, 꼭 알아두세요. 아래에는 “자연발화성물질 및 금수성물질”에 대한 법규상의 규정입니다.

[법규상의 관련위험물 규정]

위험물안전관리법시행령 별표1에 아래와 같은 내용이 있습니다.

[“자연발화성물질 및 금수성물질”이라 함은 고체 또는 액체로서 공기 중에서 발화의 위험성이 있거나 물과 접촉하여 발화하거나 가연성가스를 발생하는 위험성이 있는 것을 말한다.]

예를 들면, 생석회(CaO)는 공기 중에서 발화하지 않고, 또한 물과 반응하여 발열은 하지만 발화하지 않고 가연성가스도 발생하지 않기 때문에 비위험물로 분류하고 있습니다.

이상 탄화물에 대한 설명글이었습니다.

이하에는 furirang님께서 말씀하신 산업기사과년도실기문제에 대해서 적어보겠습니다.

말씀하신 문제는 아래와 같고, 반응식을 적는 답란이 2개 였고, 이유를 적는 답란이 1개 였습니다.

12. 탄화칼슘은 구리용기에서 물과 반응하여 위험성을 띠는데, 이 때의 반응식을 쓰고, 그 이유를 적어라.

▶ 답

(반응식2개) : CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂ ,   C₂H₂ + 2Cu → Cu₂C₂ + H₂

(이유) : 발생한 아세틸렌가스와 구리가 반응하여 폭발성인 금속아세틸라이드(금속아세틸리드)를 생성하기 때문

앞서 설명드린 바로, 아세틸리드(acetylide)는 C₂^2-형태의 탄화물을 말하는 것입니다.

여기서, Cu의 경우는 1가(+1)이면 Cu₂C₂가 되고,  2가(+2)이면 CuC₂입니다.

그러니, 이 두가지 다 구리아세틸리드(copper acetylide)라고 말할 수 있습니다.

그러나, 여러 국내외 문헌을 살펴보면, 보통 copper acetylide라고 하면, Cu₂C₂를 말하는 경우가 많습니다. 아세틸렌과의 구리가 반응하여 Cu₂C₂가 발생하는 위험성이 있기 때문에, Cu₂C₂에 대한 글들이 많이 있습니다.

상대적으로 CuC₂라는 표현은 국내외 문헌을 대략 찾아보았습니다만, CuC₂에 대한 정보는 정말 찾기 어렵군요.

님께서 말씀하신 CuC₂라는 것이 copper acetylide가 아니라고 말할 수는 없으나,

아세틸렌과 구리와 반응하여 발생하는 것은 Cu₂C₂ 이므로, Cu₂C₂ 라고 써야 한다 생각됩니다.

결론적으로, 말씀하신 부분은 위의 반응식으로 써서, Cu₂C₂로 쓰셔야 합니다.

Cu₂C₂

구조 : [Cu-C≡C-Cu]

cas.no.: 12540-13-5

<의견게재 및 문의글>

덧붙여서 말씀드리면, Cu, Ag, Hg으로 된 아세틸리드는 공기 중에서 발화의 위험성도 없고, 물과 반응하지 않으며, 폭발하더라도 가연성가스를 발생하지 않습니다. 그래서, 3류위험물에는 해당되지 않습니다. 그러나, Cu, Ag, Hg으로 된 아세틸리드는 충격,가열에 대한 폭발성이 매우 강합니다. 그래서, 혹시 이것이 3류가 아닌 다른 류의 위험물에 해당하지 않을까 하여 살펴보았는데, 산화성이 없으니 1류는 아니고, 고체이니 4류나 6류도 아니고, 2류에서는 인화성고체 품목에 적용해 보면 인화점이 40도씨 미만인 경우에도 해당이 안되고, 만약 위험물이 될 수 있다면 5류에 해당될 것 같은데, 5류에 해당될 수 있는 품목기준이 없어서 아마도 위험물은 아닌 듯 싶습니다. 어쩌면, 위험물안전관리법규에 규제받는 것이 아니라, 다른 법규(예를 들면 화약이나 폭발물과 관련된 법규)에 규제받는 것이 아닌지 모르겠군요. 아직 여기까지의 내공이 안되어서, 죄송합니다.

혹시 아시는 분은 도움 부탁드립니다.

[영화매니아]

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