탄산나트륨(sodium carbonate)은 화학식 Na₂CO₃으로 표시되는 무기 화합물로, 탄산과 수산화나트륨의 염에 해당한다. 일반적으로 '소다회'(soda ash) 또는 '세탁소다'(washing soda)라는 이름으로 널리 알려져 있으며, CAS 등록 번호는 497-19-8이다.
화학적 성질
탄산나트륨은 흰색의 흡습성 분말 또는 과립 형태의 고체이다. 물에 잘 녹으며(20°C에서 100mL당 약 22g), 수용액은 강염기성을 나타낸다. 0.1% 수용액의 pH는 약 11, 포화 용액(35%)의 pH는 약 12.5에 이른다. 녹는점은 851°C이며, 400°C 이상으로 가열하면 분해되어 산화나트륨과 이산화탄소를 발생시킨다. 공기 중 수분을 흡수하여 일수화물(Na₂CO₃·H₂O), 칠수화물(Na₂CO₃·7H₂O), 십수화물(Na₂CO₃·10H₂O) 등의 수화물을 형성한다.
제조 방법
탄산나트륨의 주요 제조법으로는 솔베이 공법(Solvay process, 암모니아-소다법)이 가장 널리 사용된다. 이 공법은 1861년 벨기에의 화학자 에르네스트 솔베(Ernest Solvay)가 개발하였으며, 염화나트륨(소금), 탄산칼슘(석회석), 암모니아를 원료로 사용한다. 공정은 암모니아를 염수에 흡수시킨 후 이산화탄소를 주입하여 탄산수소나트륨(NaHCO₃)을 침전시키고, 이를 가열하여 탄산나트륨을 얻는 방식으로 이루어진다. 이 과정에서 사용된 암모니아는 회수되어 재사용된다.
이전에는 1791년 프랑스의 니콜라 르블랑(Nicolas Leblanc)이 개발한 르블랑 공법이 사용되었으나, 부산물로 염산이 발생하고 환경 오염 문제가 있어 현재는 거의 사용되지 않는다.
또한 미국 와이오밍주 그린리버 분지 등지에서는 천연 광물인 트로나(trona, Na₃CO₃HCO₃·2H₂O)를 채굴하여 정제하는 방식으로도 생산된다. 전 세계 탄산나트륨 생산량은 연간 약 4,500만 톤에 이르며, 이 중 약 70%가 솔베이 공법으로 제조된다.
용도
탄산나트륨의 가장 중요한 용도는 유리 제조이다. 규사(이산화규소)의 용융점을 낮추는 플럭스 역할을 하여 소다라임 유리(soda-lime glass) 생산에 필수 원료로 사용된다. 이 외에도 비누 및 세제의 지방산 중화제와 세척력 증진제, 식품 첨가물(중화제), 섬유 공업의 정련 및 표백제, 제지 공업의 pH 조정제, 수처리 공정의 연수화제 및 pH 조절제, 그리고 탄산수소나트륨(베이킹소다), 규산소다, 인산소다 등 각종 나트륨 화합물의 제조 원료로 사용된다.
안전성 및 취급
탄산나트륨은 눈에 심한 자극을 일으킬 수 있으며(GHS 기준 H319), 피부와 호흡기에도 경미한 자극을 유발할 수 있다. 흡입 시 기침을 유발할 수 있고, 장기간 반복 노출 시 비강 격막 천공 및 피부염을 유발할 가능성이 있다. 산과 격렬하게 반응하여 이산화탄소를 발생시키며, 알루미늄, 불소, 리튬, 오산화인 등과 반응 시 화재 또는 폭발 위험이 있으므로 이러한 물질과의 접촉을 피해야 한다. 경구 반수치사량(LD50, 랫트)은 약 4,090 mg/kg이다.
