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질산 (Nitric Acid)

쉽게 풀면

질산은 무색 또는 시간이 지나면 약간 노란빛을 띠는 자극적인 냄새의 액체로, 진한 상태에서는 빛에 의해 서서히 분해되어 이산화질소를 내놓기도 합니다. 다른 강산과 달리 질산은 산성뿐 아니라 산화력도 강해서, 수소보다 반응성이 낮은 구리 같은 금속과도 반응해 녹일 수 있습니다. 이때는 수소 기체 대신 질소 산화물 기체가 발생하는 것이 특징입니다.

왜 중요한가

질산은 금속의 용해, 질산화 반응(니트로기 도입), 그리고 각종 정성분석에서 핵심적으로 쓰이는 시약입니다. 산성과 산화력을 동시에 가지고 있어 다른 강산으로는 반응하지 않는 금속이나 물질을 처리해야 할 때 우선적으로 고려되는 시약입니다.

무엇이고 어디서 작용하나

• 화학식 HNO₃, 몰질량 63.01 g/mol인 1염기 무기산입니다. 시판 ‘진한 질산’은 약 68~70 % (w/w) 수용액이며 밀도는 약 1.41 g/mL입니다.
• 물에서 거의 완전히 해리하는 강산이면서, 질산 이온(NO₃⁻)의 질소가 +5 상태라 환원되기 쉬운 산화제입니다. 염산이나 묽은 황산과 달리 산성과 산화성을 함께 가집니다.
• 진한 질산은 빛과 열에 분해되어 이산화질소(NO₂)를 내므로 시간이 지나면 노랗게 변합니다.
• 작용 장소는 수용액입니다. 금속·유기물 표면을 직접 산화하고, 황산과 섞으면 니트로늄 이온(NO₂⁺)을 만들어 방향족 화합물의 니트로화에 쓰입니다.

가상의 환산입니다. 69 % (w/w), 밀도 1.41 g/mL이면 c = 0.69 × 1.41 × 1000 / 63.01 = 15.4 M입니다. 1.0 M 용액 100 mL는 원액 100 ÷ 15.4 = 6.49 mL에 해당하고, 시료 분해·분석용으로 흔한 2 % (v/v) 질산은 약 0.31 M입니다.

주요 기능과 기전

• 금속 산화 용해: 수소보다 반응성이 낮은 구리도 녹입니다. 진한 질산에서는 NO₂, 묽은 질산에서는 NO가 주로 생깁니다.
• 시료 분해: 환경·식품·생체 시료를 질산(과산화수소를 함께 쓰기도 함)과 마이크로웨이브로 분해해 ICP-MS, AAS로 금속을 정량하는 전처리에 쓰입니다.
• 세척: 미량 금속 분석용 유리·플라스틱 기구를 묽은 질산에 담가 금속을 제거합니다.
• 왕수: 진한 염산과 진한 질산을 3:1 정도로 섞은 용액으로 금이나 백금을 녹입니다.
• 부동태화: 철·알루미늄 등은 진한 질산에서 산화막이 생겨 더 반응하지 않습니다. 저장 용기 재질을 정하는 근거입니다.

두 반응을 원자 수로 확인할 수 있습니다.

• Cu + 4HNO3(진한) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O — N 4=2+2, O 12=6+4+2, H 4=4
• 3Cu + 8HNO3(묽은) → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O — N 8=6+2, O 24=18+2+4, H 8=8

연구에서 다루는 방식

• 시약 등급과 농도: 진한 질산의 w/w 농도(예: 65 %, 68~70 %)와 등급(시약급, 미량 금속 분석급, 초순수급)을 적습니다. ICP-MS용은 금속 불순물이 극히 적은 등급을 씁니다.
• 분해 조건: 시료량, 질산 부피와 농도, 과산화수소 첨가 여부, 마이크로웨이브 가열 온도·시간, 분해 후 희석 배율을 적습니다.
• 희석: 물에 산을 천천히 넣습니다. 반대로 하면 열이 한곳에 몰려 튈 수 있습니다.
• 용기: 유리 또는 PTFE·PFA 용기를 쓰고, 금속 용기는 부식과 오염을 일으킬 수 있어 피합니다.
• 안전: 흄후드에서 다루고 NO₂ 가스를 흡입하지 않게 합니다. 아세톤·에탄올 같은 유기 용매와 섞은 폐액은 가스 발생과 폭발 위험이 있으므로 질산 폐액은 유기 폐액과 분리하는 것이 원칙이며, 구체적인 보관·폐기는 기관의 안전 규정과 물질안전보건자료(SDS)를 따릅니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

실제 논문에서

국내 학술지 논문에서 이 용어가 쓰인 문장을 그대로 옮겼습니다. 제목·학술지·연도와 원문 링크를 함께 적었습니다.

• “잡곡 12품목 188점을 현지 수거 후 분석에 활용하였는데, 총비소 분석은 일정량의 시료에 질산과 microwave를 이용하여 전처리한 후 ICP-MS를 이용하여 분석을 하였다.”

  HPLC-ICP-MS를 활용한 잡곡의 비소 화학종 및 위해 분석, 한국환경농학회지, 2017 · KCI 한국학술지인용색인 · 원문 보기 ↗

• “그 결과 36건의 질산 화학사고가 조사되었으며, 그중 16건의 작업자 부주의사고가 발생하였고, 8건의 운송사고와 12건의 시설괸리 부족과 같은 사고가 발생하였다.”

  질산 화학사고 사례분석 및 독성피해 영향범위에 대한 연구, 한국산학기술학회논문지, 2020 · KCI 한국학술지인용색인 · 원문 보기 ↗

• “실험결과 질산용액에의 막 보관기간이 길수록, 질산용액의 pH가 낮을수록 산에 의한 막의 손상이 심해졌으며, 질산에 의한 막의 손상은 SelRO MPS-34 4040 < Duraslick NF-4040 < Filmtec LP-4040 막의 순서로 심하게 일어났다.”

  나노여과에 의한 중금속 함유 산성 폐에칭액의 재생(I): 상용 나노여과 막의 산 안정성 평가, 멤브레인, 2009 · KCI 한국학술지인용색인 · 원문 보기 ↗

예시 문장

아래는 용어의 쓰임을 보여 주려고 만든 예시로, 실제 논문에서 가져온 문장이 아닙니다.

질산의 강한 용해력을 이용해 분석 시료를 전처리했다는 뜻입니다.

질산이 방향족 고리에 니트로기를 도입하는 반응에 쓰였다는 의미입니다.

조금 더 깊게 보면

진한 질산이 구리 같은 금속과 반응할 때는 수소 이온이 환원되는 것이 아니라 질산 이온(NO3-) 자체가 환원되어 이산화질소(NO2) 기체를 만들어내며, 묽은 질산에서는 대신 일산화질소(NO)가 생성되는 등 농도에 따라 환원 생성물이 달라지는 특징이 있습니다.

이는 질산이 산화제로서 작용하기 때문에 나타나는 현상으로, 염산 같은 비산화성 산과 뚜렷하게 대비됩니다. 일부 금속(철, 알루미늄 등)은 진한 질산과 접촉하면 표면에 얇은 산화막이 형성되어 더 이상 반응이 진행되지 않는 부동태화 현상을 보이며, 이는 질산 저장 용기 재질을 선택하는 근거가 된다.

진한 질산이 구리 같은 금속과 반응할 때는 질산 이온 자체가 환원되어 이산화질소 기체를 만들어내며, 묽은 질산에서는 대신 일산화질소가 생성되는 등 농도에 따라 환원 생성물이 달라진다.

주의할 점

질산은 유독물질로 분류되며 강한 산화력 때문에 유기물과 접촉하면 격렬한 반응이나 화재 위험이 있습니다. 피부에 닿으면 노란색으로 변색되는 특유의 반응(잔토프로테인 반응)이 일어날 정도로 부식성이 강해 반드시 보호장비를 착용하고 흄후드에서 다뤄야 합니다.

피부에 닿으면 노란색으로 변색되는 잔토프로테인 반응이 일어날 정도로 부식성이 강해 반드시 보호장비를 착용하고 흄후드에서 다뤄야 하며, 유기물과 접촉 시 격렬한 반응이나 화재 위험이 있다는 점도 유의해야 한다.

헷갈리기 쉬운 용어

실험실에서 흔히 쓰는 강산들은 성질이 다릅니다.

참고 문헌

1. Greenwood, N. N., & Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann.
2. Urben, P. G. (Ed.). (2017). Bretherick's Handbook of Reactive Chemical Hazards (8th ed.). Elsevier.
3. National Research Council. (2011). Prudent Practices in the Laboratory: Handling and Management of Chemical Hazards (Updated ed.). National Academies Press.

표의 기준값은 위 문헌에 근거한 관례이며, 분야·학술지마다 다른 기준을 쓸 수 있습니다.

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