마그네슘
[ magnesium ]
마그네슘은 수소, 헬륨, 산소, 탄소, 네온, 철, 질소, 실리콘에 이어 우주에서 9번째로 풍부한 원소이다. 적색거성의 중심에서 네온과 알파입자의 융합으로 만들어진다. 또한, 마그네슘은 지각을 구성하는 8대 구성 원소의 하나이며, 칼슘과 함께 우리 주위에서 흔하게 볼 수 있는 알칼리 토금속이다. 보통의 경우 자연에 단일 상태로 존재하지 않고, 규산염, 황산염, 탄산염 등의 형태로 존재한다. 마그네슘은 인체 내에서 뼈의 생성, 아미노산의 활성화, 단백질 합성, 신경 신호의 전달 등에 중요한 역할을 수행한다. 산업적으로 마그네슘은 다양한 금속들과 합금으로 사용되며, 특히 항공 등의 수송 기계와 광학 기계 등에 널리 사용된다.
| 마그네슘(Magnesium) | |
|---|---|
| 상태 | 은백색의 고체 금속 |
| 원자번호 | 12 |
| 원자량, u | 24.305 |
| 녹는점, °C | 650 |
| 끓는점, °C | 1091 |
| 밀도, g/cm3 | 1.741 |
목차
마그네슘의 발견과 분리
마그네슘이라는 이름은 그리스 지역인 마그네시아(Magnesia)에서 나온 마그네시아석에서 유래되었다. 마그네시아석은 활석(Mg3Si4O10(OH)2)을 주성분으로 하는 변성암의 일종이다.
마그네슘은 1755년에 블랙(Joseph Black, 1728~1799)에 의해 원소라는 것이 처음 밝혀졌으며, 이후 1808년에 데이비(Humphry Davy, 1778~1829) 경에 의해 처음으로 금속 마그네슘이 분리되었다. 초기 마그네슘의 분리에는 산화 마그네슘(MgO)과 산화 수은(HgO) 혼합물을 전기 분해시켜 마그네슘/수은 아말감을 얻은 후, 수은을 증발/제거시키는 방법이 사용되었다.
마그네슘 ()
마그네슘의 IUPAC 원소 이름과 기호
마그네슘(Magnesium)이라는 원소명은 마그네시아(Magnesia)에서 유래되었으며, 원소 기호는 ‘Mg’이다.
마그네슘 판 및 주괴 )
마그네슘의 물리, 화학적 성질
마그네슘 원자는 총 12개의 전자를 갖고 있으며, 이 중 최외각의 전자 두 개를 쉽게 잃고 2가 양이온이 되며 산화되는 성질을 가지고 있다. 마그네슘은 2족 원소 중에 가장 낮은 녹는점(650 °C)과 끓는점(1,091 °C)을 가지고 있으며, 철이나 알루미늄보다 낮은 밀도(1.74 g/cm3)를 가지고 있는 가벼운 금속이다. 자연 상태에서 마그네슘은 상대적으로 안정한 동위원소인 24Mg(79%), 25Mg(10%), 26Mg(11%)를 갖는다. 마그네슘은 전자를 잃고 산화되어 +2의 산화 상태를 주로 갖는다.
그리냐르 시약 (Grignard Reagent)할로젠화 탄화 수소가 에터 용매에서 마그네슘과 반응할 경우, 그리냐르 시약(R-Mg-X)이라고 불리는 유기금속 시약이 얻어진다. 이 시약은 1912년 노벨 화학상을 수상한 그리냐르 (Victor Grignard, 1871-1935)에 의해 처음 개발되었으며, 주로 카보닐 탄소와의 반응을 이용하여, 다양한 유기 화합물의 합성에 널리 이용되고 있다.
마그네슘의 산업적 용도
마그네슘은 초기에 카메라와 함께 사용되는 전등 모양의 플래시에서 밝은 빛과 연기를 발생시키는 핵심 재료였다. 연소할 때 빛을 발생하는 성질을 이용하여 플래시 이외에도 폭죽이나 부싯돌 등의 분야에 사용된다. 또한, 마그네슘 합금은 매우 가볍고 단단한 성질을 가지고 있기 때문에, 마그네슘-알루미늄 또는 마그네슘-아연 등의 합금이 1900년대 초반부터 전투기, 로켓 등의 제작에 사용되었고, 현재에도 항공기 등의 주요 재료로 사용된다. 또한, 마그네슘은 철보다 쉽게 산화되기 때문에 원유 저장 탱크나 대형 선박의 표면에 부착하여 철의 부식을 막는 데 사용된다. 마그네슘-철의 경우처럼 상대적으로 쉽게 산화되는 금속을 희생하여 나머지 금속을 보호하는 방법을 음극화 보호법이라고 한다.
마그네슘을 이용한 초창기 플래시 ()
우리 몸 안에서의 마그네슘
마그네슘은 우리 몸 안의 많은 효소 반응에 보조 인자로 작용한다. 우리 몸의 주요 에너지 생성 과정인 탄수화물의 대사에 직접적으로 관여하는 것으로 알려져 있으며, 그 외에도 지방의 합성, 단백질의 합성, 핵산의 합성 및 근육의 수축 등에서 직접적인 연관이 있는 것으로 알려져 있다. 마그네슘은 특히, 생명체의 에너지 대사에 중요한 역할을 수행하는 ATP(adenosine triphosphate)와 유전정보 전달의 중심 물질인 DNA (deoxyribonucleic acid), RNA (ribonucleic acid) 등에 포함된 작용기인 인산기와 착물을 형성하며, 이 과정을 통해 약 300 여 가지 효소의 동작에 관여하는 것으로 알려져 있다.
마그네슘이 결핍되면 혈압과 체온 조절이 잘 되지 않고, 저마그네슘혈증(hypomagnesia)을 나타낸다. 저마그네슘혈증은 근력저하, 의식 장애 등을 일으킨다. 반대로 마그네슘을 과량 복용할 경우 초기 증상으로 설사가 나타나며, 이를 이용하여 변비약의 성분으로도 활용되고 있다.
식물의 경우 광합성의 핵심 기관인 엽록소에 마그네슘이 중심 금속으로 참여하며, 식물체에 마그네슘이 부족할 경우 잎이 누렇게 변하면서 말라 죽는 현상이 나타날 수 있다.