황산의 탈수반응(dehydration)

황산(sulfuric acid)의 탈수반응(dehydration)

 

 

 

 

황산의 중요한 반응들 중 진한 황산의 탈수반응이며 이 반응은 발열반응

 

 

황산은 강한 탈수작용을 한다. 물에 황산을 넣으면 이온화가 되서 황산 수용액이 된다. 마치 탈수기가 하는 역할과 같다.

물에 젖은 옷감에서 물을 탈수할 때 탈수된 물은 어디로 사라지는 것이 아니라, 옷감 내부에서 옷감 밖으로 장소만 다를 뿐이다. 황산이 하는 역할이 바로 탈수기와 같다. 예를 들면, 알코올에다 진한 황산을 가하면, 알코올에서 물이 빠져나오면서(탈수반응) 알코올은 알켄이 된다. 이때 빠져나온 물은 반응 용기에 그대로 존재한다.

 

황산의 성질은 농도와 습도에 따라 크게 달라진다. 일반적으로 농도가 약 90% 미만으로 낮은 황산을 희황산 또는 묽은 황산이라고 한다. 묽은 황산은 강산성이다. 농도가 약 90% 이상으로 높은 황산을 농황산 또는 진한 황산이라고 한다. 진한 황산은 산으로서의 성질이 약한 대신 흡습성이 강하기 때문에 유기물에 대한 매우 강한 탈수 작용을 하며, 포도당과 접촉할 경우 수소와 산소를 물 분자의 형태로 빨아 들인 뒤 탄소 성분만 남긴다. 황산이 피부에 닿으면 화상을 입는 이유는 바로 이 탈수 작용과 발열 반응 때문이다. 황산은 주로 공업용품, 의약품, 비료, 폭약 등의 제조와 전지의 전해액으로 사용된다. 진한 황산과 진한 질산을 혼합한 혼산과 유기물이 반응하여 니트로화 반응을 일으키며, 대표적인 예로 톨루엔과 혼산을 반응시켜 트라이나이트로툴루엔(TNT)을 얻는 방법이 있다.

 

염기와 반응하면 안정된 염(鹽)을 만든다. 특히 암모니아와의 염은 황산암모늄이라고 불리며, 안정되어 있고 흡습성도 적으며 물에 잘 녹으므로 암모니아 비료로서 우수하다. 황산암모늄의 제조에는 다량의 황산이 쓰이고 있는데, 비료의 작용을 하는 데는 황산 그 자체는 아무 소용이 없고 암모니아 이온을 붙잡아 두는 역할만 한다. 황산은 공업적으로 제조되고 있는 산 중에서 값이 가장 싼 것으로, 이와 같이 산이 필요할 때에 자주 사용된다. 진한 황산은 대단히 산화력이 강하므로 취급하는 데에 세심한 주의가 필요하다. 또 수분을 흡수하는 작용이 강하므로 이러한 성질을 이용해서 다른 산을 제조한다든지 석유·석탄가스 등의 정제 그리고 건조제 및 탈수제 등에 사용된다. 묽은 황산은 대부분 완전히 전리되어 있으므로 전도성이 있으며, 납축전지의 전해액으로서 비중 1.2∼1.3 정도의 황산용액(35%)이 쓰이고 있다.

비커에 흰색 설탕 가루를 넣고, 진한 황산을 가하고, 유리막대로 저어주면, 노란색, 갈색, 검은색으로 변하는 고체-액체 혼합물이 만들어진다. 곧 이 혼합물은 수증기와 설탕 타는 냄새를 내며 비커에서 자라 오르는 검은색 기둥으로 변한다.