마그네슘
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1. 개요
알칼리 토금속에 속하는 금속원소. 불을 붙이면 산화마그네슘으로 변하며 매우 밝은 백색광을 내놓으므로 섬광탄 등에도 이용하는 원소이다. 또한 마그네슘은 지구상에서 8번째로 많은 원소로, 광석에서는 물론 바닷물에서도 얻을 수 있다.[1] 마그네슘의 비중은 알루미늄의 2/3. 철의 1/4로, 실용적으로 쓰이는 금속 중에서는 가장 가볍고, 비강도나 비강성도 뛰어나다. 가볍기나 강도나 금속 성질로는 베릴륨이 더 뛰어나지만, 베릴륨은 독성 발암물질인데다 가격도 비싸다. 영어 발음은
[매그니지엄]2. 상세
최대 생산국은 중국으로 세계 생산의 80%를 차지하며, 이는 2위인 미국의 최대생산용량[2]의 10배에 달한다. 중국은 전적으로 광석에서, 미국은 주로 해수에서 마그네슘을 채취한다. 광석 채취의 경우에는 마그네사이트가 아니라 백운암(돌로마이트, CaMg(CO3)2)으로부터 뽑아내는 경우가 압도적으로 많다. 북한 단천에 세계적인 규모의 마그네사이트 광산이 있으나 기술이 없어서 파지 못 하고 있고, 한국에도 양질의 백운암 광산이 존재하는데 '''매장량만 따지면 중국에 이어 세계 2위'''이나 현재 제련공장이 없어서 수입을 해야한다.[3]
고등학교를 이과로 나왔거나(물론 화학 선택자의 경우) 전문계 고등학교를 나왔다면 잘 알텐데, 반응성 척도의 앞에 있는(즉, 산화가 잘 일어나는) 금속이라, 배 등의 철 부분에 조그만 마그네슘 판을 붙이면 철 대신 산화하여 철의 부식을 막아 준다. 얼마나 반응성이 좋냐면 드라이 아이스로 만든 상자안에 불붙은 마그네슘을 넣고 드라이아이스로 뚜껑을 덮어 외부에서의 산소를 차단해도 이산화탄소에서 산소를 빼앗아 반응을 한다 바쁜 사람은 1분 15초부터.
정작 마그네슘의 큰 조각은 불붙이기가 어려운데, 마그네슘의 높은 열 전도율 때문에 큰 조각은 열 방출이 빨라 발화점까지 온도를 올리기 힘들기 때문이다.
마그네슘은 식물의 성장에 빼놓을 수 없는 엽록소(클로로필)의 구성성분이기도 하다. 엽록소는 엽록체나 시아노박테리아에 포함된 녹색 색소로서 식물의 광합성에 빼놓을 수 없는 것이므로, 마그네슘이 부족하면 식물의 생장이 저해되어 수확량의 감소로 이어지는 것이다.
그 밖에 두부의 응고제로 사용되는 '간수'에 염화마그네슘(MgCl2)이 12~21%정도 포함되어 있다. 바닷물 속에 세 번째(첫째, 둘째는 각각 나트륨과 염소)로 많이 있는 이온이기에, 이를 원료로 사용한 간수에 그렇게 많이 들어 있는 것이며, 마그네슘 양이온이 쓰고 떨떠름한 맛을 내므로 간수가 그렇게 떫은 것이다.
3. 용도
마그네슘 분말을 태울 때 위의 반응이 진행되며 섭씨 1371도까지 온도를 올릴 수 있어 공업용 불꽃에 사용되기도 한다. 탈 때 매우 밝게 빛나는 성질을 이용하여 방전관이 발명되기 전에는 전기 발화기가 달린 막대달린 판에 마그네슘가루를 한 줌 올리고 그걸 터트려서 카메라 플래시로 사용했다.[4][5] 여담으로 마그네슘 리본을 구해서 불태울 때 '''간접시야로 보자'''.[6] 조명지뢰, 섬광탄, 조명탄 등에 사용되는 게 바로 마그네슘이다. 야간에 동공이 풀린 맨눈으로 직접 본다면 영구적인 시력손상이 있을 수 있으니, 가급적이면 정면으로 보지 말자.
현재, 그 특징을 살린 마그네슘-알루미늄 합금은 비행기나 자동차 부품 등의 경량화를 중시하는 공업제품을 시작으로[7], 핸드폰, 노트북 등의 휴대용 전자기기의 금속 케이스용으로, 또 맥주캔 등 알미늄 캔의 합금성분으로, 아연과 합금해 다이캐스팅 재료로 쓰기도 하고, 강철이나 철의 제련시 황 제거 첨가제, 티타늄의 제련에 쓰인다. 1990년대 이후로는 알루미늄의 유해성에 대한 논란 및 연구가 상당히 진행되면서 Mg-Ti 합금 등 알루미늄을 함유하지 않은 마그네슘 합금(Al-free Mg Alloy)도 다수가 개발되어 실용화되고 있다.
마그네슘을 전자기기의 케이스 재료로 처음 쓴 것은 스타브 잡스가 창립한 NeXT 컴퓨터이며, 휴대용이 아닌 워크스테이션이었는데도 마그네슘을 케이스 재료로 썼다. 최근 사용되고 있는 스마트폰 케이스도 마그네슘을 주로해서 만든다. 이전에는 플라스틱이 주류였지만, 플라스틱 특유의 열에 약하고 사용할수록 탄성이 줄어드는 현상을 보완하기 위해 마그네슘을 가공한 소재가 사용된다.[8]
마이크로소프트의 서피스는 1세대부터 시작해서 전 기종의 프레임을 전부 마그네슘으로 제조하는 것으로 유명하다. 실제로 만져보면 애플이나 타사의 알루미늄 프레임과는 뭔가 다른 이질적인 느낌임을 알 수 있다. 1세대와 2세대의 케이스에는 VaporMg라는 브랜드를 붙였으나, 3세대부터는 별도로 이 브랜드는 강조하지 않고 있다.
씽크패드의 경우에도 일찍부터 마그네슘 롤 케이지 기술로 내부 부품들을 마그네슘으로 감싸 엄청난 내구성을 자랑했으나 외장 케이스는 플라스틱을 썼다. 12인치급 소형 모델에 롤 케이지 대신 마그네슘 케이스가 사용되긴 했지만 특유의 우레탄 펄 코팅으로 도색되어 있어 금속 느낌이 들진 않았고, 오히려 칠이 쉽게 벗겨져 마그네슘의 높은 반응성 때문에 벗겨진 부위가 녹스는 사례가 많았다. 최근에는 울트라북화 되어가는 시장 추세에 맞춰 모바일 워크스테이션인 P 시리즈만 마그네슘 롤 케이지를 사용하고, 다른 라인업에는 내부 프레임 용도로 사용한다.
이처럼 가볍고 튼튼하고 저렴하기까지 한 좋은 금속이지만 중공업이나 무기 분야에서 무턱대고 쓰지 못하는 이유는, 산화서열이 높아 화재에 대단히 취약하고 불이 붙었다 하면 걷잡을 수 없기 때문이다. 때문에 그 격렬한 연소반응을 직접 이용하는 섬광탄 정도를 제외하면 군사적 용도로는 거의 쓰이지 않는다. 기껏해야 알루미늄 합금 장갑이나 비행기 만드는 두랄루민에 재료로 들어가는 정도.[9]
또한 마그네슘은 높은 반응성 때문에 금속의 탈황이나 정련 등에 이용되기도 하며[10] 항공기의 몸체나 미사일, 고급 카메라의 몸체, 그리고 레이싱용 차의 휠 캡에도 이용된다.
2001년 아오야마학원대학의 아키미츠 쥰 교수가 발견한 이붕화마그네슘(MgB2)이라는 초전도물질은 산업분야에서 사용되는 나이오븀(Nb)합금보다 초전도임계온도가 높고, 냉각하는 것이 쉽고 저렴하기 때문에 초전도자석이나 송전선, 고감도의 자기센서 등의 응용을 고려중이다. 또 최근에는 마그네슘과 물의 반응에 의해 얻어지는 수소의 열을 이용한 무공해 엔진의 개발도 진행되고 있다.
덧붙이자면 연방준비은행의 금괴 창고에서 일하는 인부들은 이 마그네슘으로 만든 신발(아래사진)을 신는다고 한다. 떨어지는 금괴의 파괴력이 상당해서[11] 잘못해서 발에 맞기라도 하면 발이 부서지기 십상이기 때문에 이 단단한 금속제 신발을 신는 것, 무게도 가볍기 때문에 아주 적합하다.
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공기 중에 발화할 때 관찰되는 밝은 흰 빛이 있어서 불꽃놀이에도 쓰인다.
4. 효능
위 제산제로 쓰이는 알마겔의 주 원료이기도 하다(알루미늄+마그네슘,'''Al'''uminium+'''Ma'''gnesium+gel).
무기질 영양소로서는 상처회복, 근육경련방지[12], 스트레스 완화 등의 작용을 한다. 스트레스를 많이 받는 사람의 경우는 마그네슘과 비타민 소모량이 일반인에 비해 훨씬 높게 측정된다고 한다. 그렇다고 너무 많이 먹으면 설사를 일으킬 수 있으니 주의. 400mg 이상을 섭취할 경우 설사의 가능성이 있다. 역으로 이를 이용해 마그밀같은 약품을 이용해 변비를 해결하거나 관장하는 용도로 쓰이기도 한다. 마그네슘도 종류가 많은데 현재까지 밝혀진 바로는 킬레이트제의 마그네슘이 흡수력이 좋다고 한다.[13] 물론 단독제제에 한해서다 하지만 마그네슘단일제제보다는 칼슘과 비타민d와 같이 먹는게 상호작용으로 더 좋다.
[1] 참고로 바닷물에 녹아있는 무기 염류 중 2, 3번째로 많은 것이 바로 마그네슘 화합물인 염화마그네슘과 황산마그네슘이다.[2] 실제 생산량이 아니다.[3] 예전에는 있었지만 포스코의 페놀 유출 사고 이후 가동이 중단되었다.[4] 이를 플래시파우더라 하며, 주로 염소산칼륨과 마그네슘을 적정비율로 섞어 만든다. 현재에는 주로 폭죽의 폭발화약으로 사용한다.[5] 19~20세기 초를 배경으로 한 영화나 드라마를 보면, 카메라를 찍을 때 사진사가 이상한 가루가 올라간 뭔가를 들고있는데 퍽하는 소리와 함께 섬광이 일며 사진을 찍고, 약간의 연기가 남는 장면을 볼 수 있을 것이다. 그것이 바로 마그네슘 반응을 이용한 구식 플래시이다.[6] 사실 이건 나라 따지고 자시고 할 것이 아니라 모든 실험실에서 이렇게 가르친다. 마그네슘의 빛은 '''엄청''' 밝다. 태양광 또는 아크 불빛을 맨눈으로 보는 것과 비교될 만큼...[7] 자동차의 대표적인 예로는, 포르쉐에서 5540만 원짜리 마그네슘 휠 옵션이 있다. 차체의 구동부를 경량화하는 것은 같은 무게를 차체에서 경량화하는 것보다 몇 배는 중요하고 효과적이지만, 펑크라도 난다면... [8] 마그네슘 특유의 높은 반응성 때문에 가공과정에서 사고가 많이 일어난다[9] 2010년에 에코마그네슘(Eco-Mg)라는 산화칼슘을 섞은 새로운 마그네슘 합금을 개발해서 난연성을 높였다. 재료연구소에서는 칼슘과 이트륨을 합금하여 KM3G라는 이름으로 출원했다.[10] 대표적으로 티타늄은 염화티타늄을 마그네슘으로 환원하여 얻는다.[11] 금의 무게는 같은 부피의 '''철의 약 3배'''. 주기율표에서 확인할 수 있는 양성자수로 계산을 해봐도 (금)79/(철)26=3으로 맞아떨어진다.[12] 눈 주변이 자주 파르르 떨리거나 손발에 쥐가 자주 나는 경우는 대체로 마그네슘 결핍이 원인인 경우가 많다.[13] 단, 킬레이트 처리가 된 마그네슘 보충제는 인체 흡수율을 높이기 위해 다른 성분을 섞어 합성하게 되는데 이 과정에서 실제 마그네슘 성분 비율은 상당히 낮아지게 된다. 흡수율을 높이기 위해 용량 자체를 줄인만큼 결과적으로 유의미한 차이는 없으니 마그네슘을 보충제로 선택할 때 킬레이트 처리 유무는 크게 신경쓰지 않아도 상관없다.