염화수소와 염산
염화수소(HCl)와 이를 물에 녹인 염산은 년간 1000만 톤 이상 생산되는데, 순수한 HCl은 염소 기체와 수소 기체를 반응시켜 얻는다.
Cl2 + H2 → 2 HCl
염화수소는 소금을 황산과 반응시키거나, 소금을 이산화황(SO2), 산소(O2)과 함께 반응시켜(반응식: 2NaCl + SO2 + 1/2O2 + H2O → 2HCl + Na2SO4) 얻기도 한다. 또한 많은 양의 HCl이 여러 유기염소화합물과 유기플루오린 화합물 합성의 부산물로 얻어진다.
R-H + Cl2 → R-Cl + HCl R-Cl + HF → R-Fl + HCl
이들 반응에서 부산물로 얻어지는 HCl의 대부분은 폴리염화비닐(PVC)의 원료인 염화비닐(CH2=CHCl)과 여러 염소 함유 용제의 생산 등에 바로 이용된다. 염화수소는 산업적으로 염화암모늄(NH4Cl)이나 각종 금속 염화물 등의 합성에 사용된다. 또한 표백제로 아주 많이 사용되는 이산화염소(ClO2)의 생산에도 사용된다.
NaClO3 + 2 HCl → 2 ClO2 + 1/2 Cl2 + NaCl + H2O
염화수소를 물에 녹인 염산은 보통 약 36% 농도로 생산되는데, 철의 녹(주로 Fe2O3)을 제거하는 데, 여러 무기 염화물을 만드는 데, 용액의 pH를 산성으로 하거나 알칼리 용액을 중화하는 데, 양이온 교환 수지를 재생하는 데 등에 사용된다. 또 식품과 식품 첨가물의 생산에도 상당량의 염산이 사용된다. 사람의 위액에는 비교적 높은 농도로 염산이 들어있어 pH를 1~2로 유지하는데 이는 음식과 함께 몸 안으로 들어오는 미생물을 죽이고, 단백질을 변성시켜 소화 효소들에 의해 쉽게 분해될 수 있도록 하는 역할도 한다.
염소산화물과 염소산
염소는 여러 산화 상태의 산화물을 만드는 데, 일산화이염소(Cl2O), 삼산화이염소(Cl2O3), 이산화염소(ClO2), 육산화이염소(Cl2O6), 칠산화이염소(Cl2O7)가 그 예이다. 이들 염소 산화물들은 염소와 산소를 직접 반응시켜서 얻을 수는 없으며, 다른 방법으로 만든다. 공업적으로 대량 생산되는 염소 산화물로 앞에서 언급된 이산화염소(ClO2)가 있는데 이를 얻는 한가지 방법은 염소산 이온을 이산화황이나 옥살산 이온과 반응시키는 것이다. ClO2는 강한 산화제로, 주로 목제 펄프의 표백에 사용되며, 물 처리에도 쓰인다. ClO2의 액체나 높은 농도의 기체는 폭발성이 있으므로, 낮은 농도로 사용하여야 한다.
염소의 산소산(oxyacid)에도 여기 가지가 있는데, 염소의 산화 상태가 낮은 것부터 열거하면, 산화수가 각각 +1, +3, +5, +7인 하이포염소산(차아염소산, HOCl), 아염소산(HClO2), 염소산(HClO3), 과염소산(HClO4)이 있다. 이들은 산으로 보다는 짝염기인 산소산 음이온의 염으로 많이 사용되며, 모두 강한 산화제이다. ClO4-를 제외하고는 모두 자기들끼리 2개 또는 3개의 이온이 반응하여 하나는 산화되고 다른 것은 환원되는 불균등화(disproportionation) 반응을 한다. 예로, ClO2-의 반응은 다음과 같다.
3ClO2- → 2ClO3- + Cl-
대표적인 염소산 염인 NaClO3는 소금물의 전기분해를 통해 얻는데, 이때에는 격막을 사용하지 않아 양극에서 생성되는 Cl2가 음극에서 생성되는 NaOH와 반응하도록 한다. 세계적으로 연간 20억 톤 이상이 생산되고, 주로 표백제인 ClO2를 만드는 데 사용된다. NaClO3는 또한 모든 녹색 식물을 죽이는 비선택성 제초제로도 사용된다.
과염소산염은 염소의 산소산 염 중에서 가장 안정하나 높은 온도로 가열하면 O2를 발생하면서 분해한다. 따라서 과염소산과 과염소산염의 수용액은 실온에서는 산화력이 거의 없으나, 가열하면 산화제로 격렬하게 작용한다. NaClO4는 NaClO3의 전기 산화로 얻으며, 생산된 양의 약 반은 NH4ClO4로 전환되어 로켓의 추진제로 사용되고, 나머지는 다른 과염소산염을 만드는 데 사용된다.
염소의 기타 무기화합물
염소는 거의 모든 원소와 염화물을 만든다. CO, NO, SO2 기체와도 반응하여 각각 COCl2, NOCl, SO2Cl2를 만든다. 또한 다른 할로겐 원소들과 반응하여, ClF, BrCl, ICl, ClF3, I2Cl6, ClF5 따위의 할로겐간 화합물을 만드는데, 이들은 다른 할로겐 화합물을 합성하는 데 유용하게 이용된다. 규소(실리콘, Si)와 Cl2의 반응에서 얻어지는 사염화규소(SiCl4)는 고순도 규소를 얻는 데 사용된다. 또한 인(P)과 Cl2의 반응에서 만들어지는 PCl3와 PCl5는 여러 인 화합물을 합성하는 데 사용된다.
염산은 금속과 반응하여 아주 다양한 염화물들을 만드는 데 이들은 여러 용도로 사용된다. 주요 금속 염화물로 AlCl3, SnCl4, AsCl3, SbCl3, BiCl3, TiCl3, TiCl4, MoCl5, FeCl3, ZnCl2, Hg2Cl2, AgCl 등을 들 수 있다. AgCl은 1826년에 처음으로 사진 이미지를 만드는 데 사용되었으나, 현재는 디지털 영상의 출현으로 이 목적으로는 거의 사용되지 않는다. 또 암모니아와 반응하여 염화암모늄(NH4Cl)을 만드는데, 이는 저온 냉각조(화씨 영도, 0 F는 얼음, 물, NH4Cl 혼합계에서 얻을 수 있는 최저 온도), 질소 비료, 불꽃놀이, 금속 표면 처리, 망가니즈 건전지 전해질, 섬유 및 가죽 처리 등 다양한 용도로 사용된다. |