황산(화학)

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언어별 명칭
화학식H2SO4
한국어황산(黃酸)
영어Sulphuric Acid
Sulfuric Acid
Vitriol[1][2]
일본어硫酸(りゅうさん)
[3]
에스페란토Sufura Acido

1 개요

염산과 더불어 강산으로 유명한 물질이며 화학 산업계에서 물 다음으로 많이 생산되는 화합물. 각 나라의 황산 생산량이 그 나라 화학 산업의 규모를 나타내기도 한다. 염산과 황산, 질산 3가지를 통틀어 3대 강산(强酸)이라고 한다. 다만 이보다 더 강한 초강산이 존재하며, 초강산의 판정 기준을 황산으로 잡는다.판독기 순수 황산보다 산도가 높으면 초강산이 된다. (강한 산성이나 염기성을 가진 물질은 pH를 통한 산도의 측정이 곤란하여 산도함수 등의 다른 지표를 사용하게 된다)

화학 공업의 꽃이라고 할 정도로 산업적으로 중요한 물질. 예컨대, 이게 없으면 도금이란 산업 자체가 성립되지 못하며 금속의 부식 예방 및 습기 제거 용도로 많이 쓰이고, 납축전지에도 이게 들어간다.

분석화학 등을 통해 알 수 있듯이, 황산은 1차 이온화도(pKa~10)와 2차 이온화도(pKa2=1.9)의 차이가 크다. 우리가 보통 강산으로 알고 있는 황산의 이온화는 황산(H2SO4)에서 황산수소이온(HSO4-)으로 가는 첫번째 이온화이며, 황산수소이온이 황산이온(SO42-)으로 가는 2차 이온화는 pKa가 1~2정도로 pH 1 이하에서는 이온화가 거의 안된다.

철덕후들에게는 석포역 옆 영풍제련소에서 나오는 황산을 운반하는 '황산조차'가 유명하다.이 때도 역시 안전을 위해 차장차를 한 대 붙이고 다닌다.

2 진한 황산

우리가 강산으로 많이 알고 있는 황산은 묽은 황산이다. 진한 황산이 더 강한 산은 아니다. '진한 황산'은 황산 질량비 90% 이상의 수용액이며 (주로 시판되는건 96~98%) 물 분자가 부족하니 이온화도가 매우 떨어져 산성을 나타내지도 않는다.[4] [5]

진한 황산은 점조성이 있어 끈적거리며 이 점조성 탓인지 매우 무겁다. 진한 황산은 산성을 띄지 않는 대신 탈수력이 대단해서, 탄수화물 같이 수소와 산소가 구성된 물질이 혼합되기만 하면 그 분자구조를 박살내서 수소 원자와 산소 원자를 2:1의 비율로 빼내 물을 합성하고 스스로 이온화한다.[6][7] 이같은 성질 덕분에 진한 황산은 실험실에서 사용하는 데시케이터(건조기)의 제습제로 쓰인다.[8] 물론 묽은 황산이나 진한 황산 둘 다 매우 위험한 물질이며, 전문 교육을 받지 않은 이상은 취급하지 말자.

물론 뛰는 놈 위에 나는 놈 있듯이, 황산에서 물을 뺏어서 삼산화황으로 되돌리는 오산화인(P4O10)같은 물질도 있다. 백린연막탄이 타면서 나오는게 이놈이다. 진한 황산에다가 소량의 오산화인을 섞으면 황산이 탈수되어 삼산화황이 되고 이것이 다시 다른 황산과 반응해서 발연 황산이 된다. 발연황산+진한황산+진한인산의 정신나간 혼합물이 생기는데 보통 산화되기 어려운 흑연과 같은 광물질을 산화시키는데 사용한다.

묽은 황산을 만들 때에는, 반드시 다량의 물에 진한 황산을 유리막대를 이용하여 몇 방울씩 흘려넣으며 만들어야 한다. 진한 황산에 수분이 공급되면 급격히 이온화하면서, 물이 끓어넘칠 정도로 신속하게 다량의 열을 방출하기 때문. 진한 황산은 물보다 비중이 크기 때문에, 진한 황산을 물에 흘려넣을 경우 황산 방울이 신속히 물속으로 가라앉으며 열을 수중으로 분산시키는 반면, 이와 반대로 진한 황산에 물을 흘려넣으면 물이 황산 위에 뜬 채로 끓어서 황산 용액이 밖으로 튀기 쉬워진다. 더불어 급격한 온도 변화 때문에 황산액을 담은 유리 용기에 금이 가거나 깨어지는 경우도 종종 발생한다. 때문에 화학 관련 비전공자들이 많이 들어오는 일반화학실험에서는 조교가 미리 묽은 황산 용액을 만들어 놓는 것이 일반적이다. 문제는 전공실험에서도 황산에 물을 넣으면서 비커를 손으로 잡는 위험한 짓거리를 한다는 거지만...[9]

3 활용

황산과 과산화수소를 3:1 ~ 7:1 정도의 비율로 섞은 액체를 '피라냐 용액(Piranha solution)'이라고 부른다. 아주 강력한 산화력을 지니고 있어서 대부분의 유기물질을 날려버릴 수 있으므로, 실험실에서 슬라이드 등을 세척할 때 자주 사용한다. 추가로 물질에 히드록시기(-OH)를 붙여서 친수성 코팅을 해주기도 한다. 이런 특성도 유용하고 황산과 과산화수소를 섞어 즉석에서 만들어 쓸 수 있는 편리함 덕에 여러 실험실에서 널리 쓰이긴 하지만 황산이 과산화수소수에 포함된 물과 반응하면서 아주 뜨거워지는데다 당연히 인체에도 매우 위험하니 주의해서 다뤄야 한다.

몇몇 산화제는 진한황산과 혼합되면 산화력이 엄청난 버프를 받는다. 위에서 예시로 든 과산화수소도 그렇고 그 외에 주로 혼합되는 친구(...)로 질산과 중크롬산칼륨이나 과망간산칼륨 등이 있다. 주의해야 할 것은 어떤 산화제든 황산 안에서 농도가 너무 높아지지 않게 해야 한다는 것. 황산+강산화제 혼합물인 상태에서 산화제가 많으면 폭발 위험성이 있다.

마찬가지로 위의 피라냐 용액도 3:1보다 진하게는 폭발 위험성때문에 잘 안만든다. 질산+황산 혼합물[10]은 혼산(混酸, mixed acid)라고 불리는데 결과적으로 초강산이면서 초강산화성이라는 두 가지 극단적 성질을 모두 가진다. 방향족성 화합물의 니트로기를 다는 데 쓰이기도 한다.[11]

과망간산칼륨과 혼합하면 과망간산 분자 2개를 모아서 탈수해서 칠산화망간(Mn2O7)이라는 진한 초록색 액상의 정신나간 끝판왕급 산화제를 만든다. 얼마나 강하냐면 액체에 종이를 갖다대면 그냥 불이 훡 붙는다(...).[12] 피라냐 용액보다 더 강하다. 이 성질을 이용해서 서바이벌키트에는 과망간산칼륨이 들어있는 경우가 종종 있다. 과망간산칼륨을 바닥에 붓고 자동차 배터리를 까서 황산을 부은 후 낙엽 한 소쿠리를 모아서 그 위에 부으면 불길이 확 일면서 즉석 모닥불이 생긴다.

농업적으로는 씨앗이 지나치게 단단하거나, 왁스층 때문에 물이 침투하기 어려울 때, 그것을 벗기기 위해 황산으로 처리한다. 예를 들어 옻나무 씨앗

4 범죄 악용 사례

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염산 테러와 함께 황산테러는 독극물 투척계의 양대산맥.[13]
한 사람의 인생을 파괴시키는 테러에 가까운 악질범죄이다.

약 30% 고농도 염산의 경우, 탄산수소나트륨 등 약알칼리 용액[14]을 과량 이용하여 씻어내면 적어도 목숨은 건질 수 있지만, 진한 황산이면 조치를 취하기도 전에 사망할 수도 있다. 그냥 두면 피부 조직의 수분을 뺏기면서 숯덩이가 되고, 물로 씻으면 강한 발열로 인한 화상 + 강산성 물질이 되어버린다. 위험하다

  • 대구 아동 황산 테러
  • 수원지방검찰청 대학교수 황산 테러 사건 : 2014년 12월에 전직 교수였던 서모(37)씨가 전 제자이자 조교였던 학생과 분쟁조정 중 검찰 내 형사조정실에서 플라스틱 통에 담아온 540㎖(소주병 한 병 반 분량)의 황산을 학생과 가족에게 투척했다. 강모(21·대학생)씨는 얼굴과 전신 40%에 화상을, 그의 아버지(47)는 얼굴, 다리 등 신체 20%에 화상을 입어 중태인 것으로 현재 알려져 있다. 학생의 어머니 조모(48)씨, 형사조정위원 이모(50)씨, 법률자문위원 박모(62)씨 등도 상해를 입었다. 궁금한 이야기 Y 2014년 12월 19일 방송에서 이 사건을 다루었다. 서모씨는 1심에서 징역 15년이 선고되었지만, 최종적으로 징역 8년을 선고하였다.
  • 2009년 6월경 모 벤처기업가가 임금체불에 대한 손배소송을 걸어 승소한 직원에 대해 직원 등과 공모하여 황산을 끼얹은 사건이 있다. 이들은 3개월 전 부터 그 직원에게 소송에 대한 앙심을 품고 제거하기 위해 대전에서 황산을 구입하고 사건 구역을 답사하고 알리바이를 조작하는등 치밀한 계획을 세웠다고 한다. [15] 이후 범행을 실행한 직원은 곧바로 체포되어 구속 수감되었지만. 정작 이 범행을 사주한 사장은 심장질환을 이유로 입원했다가 3개월만에 퇴원한 끝에 잡혔다. 관련기사
이 사건의 피해자에 대해 인터넷 모금운동이 벌어졌는데, 이와 관련해서 제작된 사건 동영상을 보면 피해자가 목, 어깨, 팔 등에 입은 화상의 심각도를 확인할 수 있다. 관련기사 후속기사
그리고 그 가해자는 징역 15년을 선고받고 복역 중인데. 피해자에게 한 짓만 생각하면 15년도 모자란다는 사람들이 대다수이다. (실은 조두순과 같은 이유로, 무기징역이 아니라면 징역형 자체의 상한선이 15년이었던 당시 법률 때문에 어쩔 수가 없었다.) 애초에 복수랍시고 한 사람의 인생을 망칠 뻔했으니 종신형을 선고해도 마땅치 않을 개쌍놈들인데 피해자에 의하면 가해자로부터 제대로 된 사과나 피해보상도 없었다고 한다. 니들도 한번 피해자처럼 황산테러 당해 봐야지 그 맘 알지. 다행히 현재 2012년을 기준으로 그녀는 네티즌들의 성원과 본인의 의지로 인해 시련을 극복하고 다시 활동을 재개하게 된다. 참고로 이 기사는 정말 눈물 없이는 볼 수 없으므로 꼭 읽도록 하자.다시 일어선 30대 여성의 희망가 2014년 현재 이 피해자는 비록 흉터는 남았지만 상당한 회복을 했으며, 현재는 사회복지 분야에서 일을 하고 있다. #
  • 이란의 한 여성이 자신에게 황산을 뿌려 얼굴을 흉측하게 만들고 시력을 잃게 만든 천하의 개쌍놈남성에게 이슬람의 율법에 따라 자신에게 했던 짓과 똑같은 형벌을 요구해 논란이 된 적이 있다. 아메니 바흐라미는 사건 당시 24살의 전자공학도였고, 같은 학교에 다니던 19살의 마지드 모바헤디는 아메니에게 반해 구애했다. 그러나 아메니가 받아주지 않자 마지드는 그녀의 얼굴에 산성 용액을 투척했다. 아메니는 양쪽 안구를 상실했고 얼굴 전면이 녹아내렸으며 몸에도 화상을 입었다. 법원에서는 여성의 요구를 받아들여 죄를 지은 남성의 눈에 황산 20방울을 넣는 형을 선고했으나, ## 그녀는 고뇌 끝에 "힘을 가졌을 때 용서하는 것이 최선이다"라며 형을 집행하기 직전 범인을 용서해주기로 하면서 범인은 눈물을 흘리며 그녀의 용서에 감사했다고 한다. 대신 징역형을 선고받고 현재 복역 중이며, 피해자에 대한 배상은 금전적 배상으로 대신하기로 결정됐다. # 이 사례는 KBS 스펀지 310회에 소개되었으며, 여기서는 피해자가 용서해 주는 부분이 생략되었다.
  • 1940년대 후반, 영국의 존 조지 하이라는 인물은 사람을 살인한 후[16] 그 시체를 황산에 녹여 없애는 엽기적인 행각을 벌인 연쇄살인마로서 Acid bath murderer라는 이명을 얻게되었다. 이 인물이 조사를 받으면서 한 병맛나는 주장중 하나가 "시체도 없는데 내가 죽였는지 어떻게 입증할거임?"이었으나,[17] 미처 녹지않은 시체의 일부 조각[18]이 나오면서 교수형 확정.
참고로 이 자는 이렇게 잡히자 자신이 흡혈귀라고 주장하며 피해자를 죽여 피를 빨아먹었다는 헛소리로 정신병자처럼 굴었지만 결국 사형당했다. 이 인물은 나중에 클락 타워3의 보스중 하나인 황산사나이로 나오게 된다. 1983년 소년경향에선 세계의 괴기실화로 흡혈 살인마라고 온갖 으스스한 삽화와 같이 이 사건 내역이 상세하게 나온 바 있다.
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  1. ↑ 이는 유리를 뜻하는 라틴어 "Vitreus"에서 온 것으로, 황산을 얻는 원광인 각종 황산염 광물이 유리질 광택을 가진 것에 기인한다.
  2. ↑ 베르나르 베르베르의 상대적이고 절대적인 지식의 백과사전에서는 라틴어 구절 "Visita Interiora Terra, Rectificando Occultem Lapidem(땅속으로 들어가 보라, 거기서 마음가짐을 바로하면 숨겨진 돌을 발견할 수 있을지니)"의 약자라 하지만, 후대 사람들이 짜맞춰낸 역 두문자어. 애초에 '상대적이며 절대적인 지식의 백과사전'이 믿거나 말거나 잡학모음임을 감안하고 적절하게 걸러 읽어야 한다.
  3. ↑ 젖산(乳酸)이 아니고, 유황 류(硫)자. 일어에선 황을 유황(硫黃)이라고 표기하기 때문에 이에 맞춘 것.
  4. ↑ 그렇기 때문에 철제 드럼통에 담아 운반이 가능하다.
  5. ↑ 산업용으로 대량을 저장할 때에도 탄소강 혹은 합금강 재질의 대형 탱크를 사용한다. 다만 습기가 침투하면 탱크를 산화시켜 대형사고. 용접도 꼼꼼하게 해야하고, 벤트에는 제습장치를 달아줘야 한다.
  6. ↑ 실험시에는 주로 설탕으로 실험하며, 설탕에 황산을 넣어 숯덩이(진짜로 탄소덩어리다.)로 만든 사진은 여느 참고서에나 다 실려있다.
  7. ↑ 화학 교사가 학생들 앞에서 직접 설탕에 진한 황산을 떨어트리는 실험은 학교 내에서 자주 있는 실험이니, 직접 본 사람도 적지 않을 것이다.
  8. ↑ 실제 실험실에서는 황산 대신 취급하기 간편하고 안전한 실리카겔 등을 사용한다. 이건 맨손으로 만져도 괜찮고, 다 쓰면 오븐에 넣어 탈수시켜 재활용할 수도 있다.
  9. ↑ 하지만 이 현상을 이용해 늦가을이나 초겨울 실험실에 난방이 안 될 때 삼각 플라스크에 물을 담고 진한 황산을 한두 방울 떨어트려 휴대용 손난로로 사용하는 용자들도 있다. 합성실험을 하면서 간혹 테크니컬한 제한사항으로 어쩔 수 없이 황산에다가 물을 넣어야 하는 경우가 있다. 드라이아이스나 -40도 이하로 냉각시킨 이소프로필알코올에다가 플라스크를 처박고 열이 빨리 분산되도록 빠르게 스터링하면서 해야 한다.
  10. ↑ 흔히 왕수(王水)라 불리는 혼산. 반응성이 매우 낮은 금조차 산화된다.
  11. ↑ 황산이 질산을 탈수해서 강산화성인 니트로늄(NO2+) 이온을 만든다. 질산의 농도가 높으면 위험하기 때문에 차악으로서 진한 황산에 진한 질산을 넣는 위험한 과정을 거쳐야 한다. 여기에 유기물을 넣으면 시뻘건 이산화질소가 뿜뿜(...)하면서 순식간에 숯으로 변하는 모습을 볼 수 있다.
  12. ↑ 유기용매가 튀어들어가면 그냥 폭발이다. 불안정한 물질이기 때문에 농도가 높으면 아무것도 없이 지 혼자서도 펑 하고 폭발할 수 있다. 유기화합물은 아세트산이나 이산화탄소 수준으로 무차별적으로 아작을 내 놓기 때문에 유용한 반응은 -80도로 냉각시켜서 반응성을 엄청 너프를 먹여야 겨우 보인다.
  13. ↑ 질산도 엄연한 3대 강산이지만, 일반인의 신분으로 구입하는 것이 거의 불가능해서 잘 안 쓰이고 인지도도 낮다. 그렇다고 질산 테러의 사례가 아주 없는 것은 아니며 질산 항목에 기재된 김영삼 의원 테러사건이 대표적인 예이다.
  14. ↑ 수산화나트륨과 같은 강염기 물질은 피부조직을 손상시키므로 사용하면 안된다.
  15. ↑ 가해자가 기업가이며 피해자가 평직원임을 봤을 때 이은 상급자가 하급자에 대한 극단적인 가혹행위에 해당한다고 볼 수 있다. 아니 이건 가혹행위를 떠나 사람이 할 짓이 아니다. 한 사람의 인생을 망친 것에 대해서는 영원히 콩밥 먹어도 시원찮을 천하의 개쌍놈들. 게다가 황산은 잘못하면 죽을수도 있기 때문에 이들의 범행은 엄연한 살인미수이다.
  16. ↑ 빚에 시달려 채권자를 살해한 다음 그 채권자의 부모 및 지인이 찾아올 때 죄다 살해했던 것
  17. ↑ 당시 이 인물이 철석같이 믿고있었던 법리학 용어중 하나인 Corpus Delicti는 범죄의 기초가 되는 실질적인 사실을 의미한다. 이걸 라틴어로 표현하면 사체가 되고 하이는 이것을 사체가 없으면 범인이 아님으로 해석하는 병크를 저지르고 시체들을 녹인것이다.
  18. ↑ 정확히는 틀니였다. 영국 전역에서 치과를 찾아가서(경찰 정보망이라면 어려운 일이 아니다.)이 틀니를 만든 치과의사를 찾아내 피해자를 찾아내는데 성공했다.