르블랑 공정으로 소다회 만들기 — 비누와 유리를 저렴하게 만든 화학 물질

소다회(탄산나트륨, Na₂CO₃)는 수세기 동안 가장 비싸고 구하기 어려운 산업용 화학 물질 중 하나였다. 유리, 비누, 종이, 직물 제조에 필수적이었지만, 유일한 공급원은 해안 식물의 재(스페인의 바릴라, 스코틀랜드의 켈프)나 이집트 천연소다(natron) 같은 천연 매장물뿐이었다. 가격 때문에 유리와 비누는 사치품으로 남아 있었다. 1791년 프랑스 외과의사에서 화학자로 전향한 니콜라 르블랑은 일반 식탁용 소금으로 소다회를 제조하는 독창적인 공정을 특허로 등록했고, 이는 수세기 동안 유럽 산업을 제약해 온 병목 현상을 해소했다.

르블랑 공정은 세 단계로 이루어진다. 먼저 소금을 황산과 반응시켜 황산나트륨('살케이크')과 염화수소 기체를 생성한다. 둘째, 살케이크를 숯(탄소) 및 분쇄한 석회석(탄산칼슘)과 섞은 뒤 용광로에서 약 900 °C로 가열한다. 탄소가 황산나트륨을 황화나트륨으로 환원하고, 이것이 곧바로 석회석과 반응하여 탄산나트륨과 황화칼슘을 만든다. 생성된 소결물은 '블랙애시(black ash)'라고 불리며, 소다회가 불용성 황화칼슘과 섞여 있다. 셋째, 블랙애시를 뜨거운 물로 침출하면 탄산나트륨은 녹고 황화칼슘은 남는다. 용액을 증발시켜 순수한 소다회 결정을 얻는다.

르블랑의 공정은 화학 산업을 변화시켰지만 발명자 자신은 파멸시켰다. 프랑스 혁명 정부가 그의 공장을 몰수했고, 르블랑은 1806년 빈곤 속에 사망했다. 그럼에도 이 공정은 1861년 솔베이 공정이 점차 대체하기 전까지 한 세기 동안 세계 소다회 생산을 지배했다. 르블랑 공정은 역사상 가장 큰 오염원 중 하나이기도 했다. 염화수소 기체는 바람이 부는 방향의 모든 것을 부식시켰고, 황화칼슘 폐기물(탱크 폐기물) 더미는 모든 알칼리 공장 주변의 환경을 오염시켰다.

SAFETY WARNING: 농황산은 접촉 시 심한 화상을 일으킨다. 염화수소 기체는 급성 독성이 있고 부식성이 있어 금속 부속품을 부식시키고, 폐를 손상시키며, 유리를 부식시킨다. 용광로 단계는 900 °C 이상의 온도를 요구한다. ONLY 흄후드 안이나 야외에서, 완전한 PPE를 착용하고 작업하라. 농황산에 물을 절대 붓지 말고, 항상 산을 소금에 넣어라.