산화칼슘(CaO)의 물리적·화학적 특성 – 어떤 성질을 가질까?

산화칼슘(CaO)은 건축, 철강, 환경, 농업 등 다양한 분야에서 필수적으로 사용되는 화합물이다.
강한 알칼리성을 띠며, 물과 반응하면 열을 내는 성질이 있어 다루는 데 주의가 필요하다.

그렇다면 산화칼슘은 어떤 물리적·화학적 특성을 가질까?
오늘은 산화칼슘의 성질과 이를 활용하는 방법에 대해 알아보자.

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1. 산화칼슘의 물리적 특성

✔ 색깔과 상태

• 흰색 또는 회색의 결정성 고체
• 공업적으로 생산된 산화칼슘은 분말 형태로 가공되어 사용된다.

✔ 녹는점과 끓는점

• 녹는점: 약 2,572°C
• 끓는점: 약 2,850°C
• 매우 높은 온도에서도 안정적으로 유지되므로 고온 산업 공정에서 중요한 역할을 한다.

✔ 밀도와 경도

• 밀도: 약 3.34 g/cm³
• 단단한 성질을 가지지만, 물과 접촉하면 부서지는 성질이 있음.

✔ 용해도

• 물에는 반응하면서 녹지만, 유기 용매(에탄올, 벤젠)에는 녹지 않는다.
• 물과 반응하면 수산화칼슘(Ca(OH)₂)을 형성하면서 발열한다.

✔ 흡습성

• 공기 중의 수분을 흡수하여 수산화칼슘으로 변할 수 있다.
• 따라서 밀폐된 용기에 보관하는 것이 중요하다.

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2. 산화칼슘의 화학적 특성

✔ 강한 알칼리성

• 산화칼슘은 물과 반응하면 수산화칼슘(Ca(OH)₂, 소석회)이 생성되면서 강한 알칼리성을 띤다.
• pH는 12~13으로 매우 높은 편.

✔ 물과 반응하면 발열 반응 발생

• 산화칼슘(CaO) + 물(H₂O) → 수산화칼슘(Ca(OH)₂) + 열
• 이 반응은 **"소석회화(hydration)"**라고 하며,
  상당한 열이 발생하므로 주의해서 다뤄야 한다.

✔ 산과 반응하여 중화 반응을 일으킴

• 산화칼슘은 산성 물질을 중화하는 능력이 뛰어나다.
• 예를 들어, 염산(HCl)과 반응하면 염화칼슘(CaCl₂)과 물이 생성된다.

✔ 이산화탄소(CO₂)와 반응하여 탄산칼슘(CaCO₃) 형성

• 공기 중의 이산화탄소와 반응하여 탄산칼슘을 형성하는 성질이 있음.
• CaO + CO₂ → CaCO₃
• 이 반응을 이용해 건축, 환경 정화, 종이 산업에서 활용된다.

✔ 고온에서도 안정적인 물질

• 산화칼슘은 2,500°C 이상의 고온에서도 안정적으로 유지되므로,
  제철 산업, 유리 제조, 내화재(고온에 견디는 재료) 제조에 사용된다.

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3. 산화칼슘의 활용 – 특성을 어떻게 활용할까?

✔ 1) 건축·시멘트 산업에서 필수적인 재료

• 산화칼슘은 시멘트의 주원료로 사용된다.
• 물과 반응하여 수산화칼슘이 형성되면서 강도가 증가하는 성질을 활용.
• 모르타르, 벽돌 제조, 미장 작업 등 다양한 건축 공정에서 활용됨.

✔ 2) 철강 산업에서 불순물 제거 역할

• 철을 만들 때, 철광석 속의 불순물을 제거하는 정련제 역할을 한다.
• 용광로에서 철광석과 함께 사용되어 불순물을 슬래그(찌꺼기)로 분리하는 데 도움을 준다.

✔ 3) 수질 정화 – 산성 폐수 중화 및 정화

• 공장에서 발생하는 산성 폐수를 중화하는 데 사용된다.
• 하천과 연못의 pH 조절을 도와 수질 개선에 기여한다.

✔ 4) 농업에서 토양 개량제로 활용

• 토양이 너무 산성일 경우 산화칼슘을 뿌려 pH를 조절해준다.
• 작물이 건강하게 자랄 수 있는 환경을 만들어 주는 역할.

✔ 5) 이산화탄소 제거 및 환경 보호 역할

• 공기 중의 이산화탄소를 흡수하여 탄산칼슘(CaCO₃)을 형성하는 성질을 활용.
• 대기 중의 오염 물질을 줄이는 연구에도 사용됨.

✔ 6) 소독제 및 방부제 역할

• 강한 알칼리성을 이용해 가축 축사 소독, 폐기물 처리 등에 사용.
• 오래전부터 방부 처리제로도 활용됨.

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4. 산화칼슘의 안전한 취급법

✔ 보호 장비 착용 필수

• 장갑, 보안경, 방진 마스크를 착용하여 피부 및 호흡기를 보호해야 한다.

✔ 환기가 잘되는 곳에서 사용

• 가루 형태의 산화칼슘은 공기 중으로 날릴 수 있으므로, 밀폐된 공간에서는 사용을 피해야 한다.

✔ 피부 및 눈에 닿으면 즉시 세척

• 피부에 닿으면 화학적 화상을 유발할 수 있으므로 즉시 씻어내야 한다.
• 눈에 들어갔을 경우 15분 이상 깨끗한 물로 헹군 후 병원에 방문하는 것이 좋다.

✔ 물과 직접 반응시키지 않기

• 산화칼슘은 물과 만나면 강한 발열 반응이 발생하기 때문에,
  대량의 물과 갑자기 접촉하지 않도록 주의해야 한다.

✔ 보관 시 밀폐 용기에 넣어 습기 차단

• 공기 중의 습기와 반응하여 수산화칼슘으로 변할 수 있기 때문에,
  뚜껑이 잘 닫힌 밀폐 용기에 보관하는 것이 중요하다.

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마무리 – 산화칼슘의 특성 정리

✔ 물과 반응하면 수산화칼슘으로 변하며, 강한 알칼리성을 띰
✔ 산과 반응하여 중화 작용을 하며, 이산화탄소와 반응하여 탄산칼슘 형성
✔ 고온에서도 안정적으로 유지되어 건축, 철강, 화학 산업에서 중요하게 사용됨
✔ 수질 정화, 농업, 환경 보호, 소독제 등 다양한 분야에서 활용
✔ 취급 시 반드시 보호 장비 착용, 밀폐 용기에 보관, 물과의 접촉 주의 필요