황산구리(Copper(II) sulfate, CuSO₄)는 구리 이온(Cu²⁺)과 황산 이온(SO₄²⁻)이 결합한 이온 결합 화합물이다. 황산동(黃酸銅)이라고도 하며, 자연 광물 형태로는 담반(膽礬, chalcanthite)이라고 부른다. 구리의 산화 상태에 따라 황산 구리(I)(Cu₂SO₄, 황산 제일구리)와 황산 구리(II)(CuSO₄, 황산 제이구리)로 나뉘며, 일반적으로 '황산구리'는 황산 구리(II)를 가리킨다.
화학적 특성
무수 황산구리(anhydrous, CAS 7758-98-7)는 백색의 흡습성 결정으로 분자량 159.6, 밀도 3.6 g/cm³이다. 물에 대한 용해도는 20°C에서 203 g/L로 잘 녹으며, 수용액은 약산성(pH 3.5~4.5, 50 g/L 기준)을 띤다. 650°C에서 분해되어 황산화물(SOₓ) 독성 흄을 발생시킨다.
가장 흔한 형태는 오수화물(CuSO₄·5H₂O, CAS 7758-99-8)로, 선명한 청색의 삼사정계 결정이다. 분자량은 249.7이다. 결정 내 물 분자 5개 중 4개는 구리 이온에 직접 배위 결합하고, 나머지 1개는 황산 이온과 수소 결합한다. 건조한 공기 중에서는 서서히 수분을 잃고 풍화되며, 가열 시 45°C에서 2분자, 110°C에서 4분자, 250°C에서 모든 물 분자를 잃고 무색의 무수물이 된다.
용도
농업: 보르도액(Bordeaux mixture)의 주성분으로, 생석회와 황산구리를 혼합하여 포도나무, 사과나무 등 과수 작물의 곰팡이병 방제에 사용된다. 19세기 말 프랑스 보르도 지역에서 개발되었다. 또한 조류(녹조) 번식 억제를 위한 살조제로도 사용된다.
공업: 구리 도금 및 전기 정련의 전해액, 에칭 용액, 안료 제조, 섬유 매염제, 방부제 등에 쓰인다. 무수물은 강력한 흡습성을 이용한 탈수제로 알코올류의 순도 향상에 사용된다.
분석 화학: 환원당 검출용 펠링 용액(Fehling's solution)과 베네딕트 용액(Benedict's solution)의 성분으로 사용된다. 뷰렛 반응에도 이용된다.
식품 첨가물: 구리는 필수 미량 원소로, 식품첨가물공전에 '황산동'으로 등재되어 있다. 포도주, 시리얼류, 특수의료용도식품, 건강기능식품 등에 제한적으로 사용된다.
의약: 한의학에서 '담반(膽礬)'이라는 명칭으로 토하게 하는 약(토제)으로 사용된 역사가 있다. 현대 한의원에서는 거의 사용되지 않는다.
교육: 결정 성장 실험, 재결정 실험 등 과학 교육 실험 교재로 자주 활용된다.
기타: 열대어 및 해수어 사육 시 백점병 치료제, 캠프파이어용 불꽃 색상 첨가제(청록색)로도 사용된다.
안전성 및 유해성
황산구리는 유해 물질로 분류된다. 급성 독성(LD₅₀ 약 100 mg/kg)을 가지며, 섭취 시 복통, 구토, 설사, 용혈, 신장 및 간 손상을 일으킬 수 있다. 눈과 피부에 자극적이며, 흡입 시 기도 자극을 유발한다. 수생 환경에 장기적으로 매우 유해한 영향을 미친다. GHS 기준에 따라 '삼킬 경우 유해함', '피부나 눈에 자극', '수생 생물에 장기적으로 매우 유해한 영향'으로 분류된다.
물리화학적 데이터
| 항목 | 값 |
|---|---|
| 화학식 | CuSO₄ (무수물), CuSO₄·5H₂O (오수화물) |
| 분자량 | 159.6 (무수물), 249.7 (오수화물) |
| CAS 번호 | 7758-98-7 (무수물), 7758-99-8 (오수화물) |
| 녹는점 | 200°C (분해 시작) |
| 분해온도 | 650°C |
| 밀도 | 3.6 g/cm³ |
| 물 용해도 | 203 g/L (20°C) |
| pH (50 g/L 수용액) | 3.5~4.5 |
관련 표준
대한민국 산업용 황산구리(Ⅱ)는 KS M 1610, 시약용 황산구리(II) 오수화물은 KS M 8124로 규격화되어 있다. 국제적으로는 ISO, EN 12386(수처리용), JIS K 8983(일본), GB(중국) 등 다양한 국가 표준이 존재한다.
