질산

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이산화질소가 녹아 노란색의 발연질산.[1]

중국어:窒酸
영어:Nitric acid

분자식 : HNO₃

1 개요

산성 물질 중 하나로, 염산, 황산과 더불어 인지도가 가장 높은 3대 강산이다. 일본에서는 초산(硝酸)[2]이라고 부른다. 참고로 한국에서 일반적으로 '초산'이라고 하면 '아세트산(醋酸)'을 의미한다. 사실 超酸은 이공과가 아닌 이상 평생 볼 일이 없기도 하고 이 때문에 김영삼 질산 테러 사건이 당시에 흔한 표현인 초산으로 표현되는 통에 아세트산 테러테러 당했는데 따끔거리고 끝나겠네로 알려져있기도 하지만 일본식 표기로 인한 오해로 테러 사건은 질산으로 일어났다.

2 특징

염산은 하수도 청소용 등으로 약국에서도 살 수 있는 가정용 화학약품이(었)고, 황산은 자동차 배터리에서 용이하게 얻을 수 있는 반면, 질산은 일상에서 딱히 용도가 있는 것도 아닌데다[3] 폭약 제조의 원료이기 때문에 무자격 일반인이 구입할 방법 자체가 없어 다른 두 산보다는 인지도가 떨어진다.

어쨌거나 황산이나 염산과 달리 질산은 빛과 반응해서 광분해를 하는 성질이 있어 갈색 병에 넣어서 보관해야 한다. 그리고 다른 산은 금속[4]을 넣었을 때 순수하게 수소만 발생시키지만 질산은 특이하게 질소 산화물을 발생시킨다(이러한 점을 이용해 금속 제품의 절단면 모양을 채취할 필요가 있을 때 해당 시료를 절단한 뒤 질산으로 단면을 산화시키고는 그 녹을 투명 테이프로 떠서 표본으로 사용하기도 한다.). 이것은 대부분의 산에서는 수소 양이온만이 산화제로 작용하지만(그리고 수소 양이온은 환원해서 수소가 된다.) 질산은 질산 음이온도 산화제로 작용하기 때문이다. 또한 진한 질산은 유기물질과 강하게 반응해서 산화시킨다.

질산과 단백질이 만나면 일부 아미노산의 벤젠고리와 반응하여 니트로페놀 유도체를 만들어낸다. 이를 잔토프로테인(Xanthoprotain) 반응이라고 하는데 질산을 만지면 손이 노랗게 변하는 이유다.

강한 산이기는 하지만 황산과 반응할 경우에는 염기로 작용하기도 한다. 황산이 얼마나 강한 산인지를 잘 보여주는 예이다.

어는점은 섭씨 영하 42도, 끓는점은 영상 83도이다.

제조법으로는 주로 1901년에 빌헬름 오스트발트가 개발한 촉매산화법을 이용하는데, 백금망 촉매하에 산소를 사용해서 암모니아 기체를 계속 산화시켜서 먼저 질소 산화물(특히 이산화질소)를 만드는데, 이를 물에 녹이면 질산이 된다. 이후 이를 황산을 써서 탈수시키면 된다.

3 용도

질산의 주요 쓰임새는 바로 화약의 주 원료. 글리세롤과 톨루엔의 질산화반응으로 니트로글리세린과 트리니트로톨루엔(일명 TNT)을 만들며 TNT 이전의 화약인 니트로셀룰로오스, 피크르산(트리니트로페놀) 역시 질산이 주 원료이다. 흔히 역사상의 기록에 초석이라고 나타나는 흑색화약의 재료도 이런 질산화반응을 통해 만들어진 질산칼륨염이다. 또다른 주요 쓰임새로 화학 비료의 주재료로도 쓰여 암모니아와 중화반응을 일으켜 생성되는 질산암모늄으로 비료를 만든다.

그 외에도 질산은 로켓의 추진제(산화제)로 쓰인다. 이때 보통 질산에 반응성을 높이기 위한 사산화이질소와 로켓 추진제 계통의 부식을 억제하는 불산 등을 섞으며 이를 흔히 IRFNA(Inhibited Red Fuming Nitric Acid)라고 한다. 질산은 빠른 속도로 증발하는 액체산소와는 달리 저장성이 높으며, 로켓 추진제 계통의 내식성 코팅이 잘 되어있으면 심지어 로켓에 충전한 상태로도 오랜 기간 보관할 수 있다. 이 때문에 군용 로켓(까놓고 말해서 탄도 미사일...)의 연료로 선호되었다.(산소 산화제를 쓰는 로켓은 발사 직전에 산소 충전 작업을 수행해야 하므로 야전에서는 부대의 기동성과 발사 즉응성이 떨어지고 미사일 발사가 사전에 탐지될 가능성이 높다.) 질산 추진제를 사용하는 대표적인 로켓으로 SS-1 스커드를 들 수 있다.

여담이지만 질산 계열 추진제는 하이드라진 연료의 등장 이후 질산보다 순수 사산화이질소를 쓰는 게 추진력 면에서 더 낫다는 점이 판명되어 대부분의 로켓 강국들이 해당 분야에서 사산화이질소로 갈아탔다. 단, 북한의 로켓기술은 과거 도입한 SS-1 스커드의 엔진을 그대로 뻥튀기한 것 이상으로 발전하지 못했기 때문에 북한이 직접 개발한 모든 로켓은 질산 추진제를 사용한다. 노동[5], 대포동, 은하 2호의 1단 등이 여기에 해당된다.

이렇게 화약과 로켓추진제로 사용되는 것은 질소의 삼중결합에서 나오는 막대한 에너지에서 유래하는 것이다.

4 관련 사건·사고

질산은 보통 사람이 구하기 어렵기 때문에 염산이나 황산에 비해서 질산으로 사람을 공격한 사례는 적다. 김영삼을 질산으로 공격한 사례가 있고, 당시 대통령 박정희를 위시한 집권세력이 배후에 있는 것으로 의심된다. 자세한 것은 김영삼 질산 테러 사건에 있다.

14년 10월 29일 서울 가락동 경찰병원에서 질산이 유출되는 사고가 일어났다. 인명피해는 아직 까지 없는 듯

기사
  1. ↑ 발연질산은 일반적인 질산과 달리 농도가 높아 공기중에서 짙은 흰색의 연기를 만든다. 출처:위키피디아
  2. ↑ 硝자는 과거 질산의 원료였던 염초(질산칼륨)를 의미한다.
  3. ↑ 굳이 질산이 일상에서 사용되는 예를 들자면, 중고등학교 미술 시간에 동판화를 그릴 때 질산의 30% 용액을 부식액으로 쓰는 경우가 있다. 그거 질산이었어?!
  4. ↑ 물론 수소보다 반응성이 큰 금속 얘기다. 이과생이면 화학Ⅰ 시간에 혹은 과학고 입시를 대비하면서 K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt, Au로 표현되는 '금속의 이온화 경향'을 들은 기억이 있을 것이다. 여기서 수소는 금속처럼(그러니까, 궤도 전자를 버리면서) 반응하기는 하지만 일단 금속이 아니기 때문에 괄호를 쳐서 표현한다.
  5. ↑ 스커드의 뻥튀기 버전 외에도 북한이 러시아에서 몰래 들여온 SS-N-6 역시 노동 미사일(노동 B형)로 분류되는데, 그 경우는 질산 추진제가 아니다.