원소로 보는 화학사 Vol.033. '원자번호 25번 망가니즈(Mn)를 소개합니다'
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화학이야기

원소로 보는 화학사 Vol.033. ‘원자번호 25번 망가니즈(Mn, 망간)를 소개합니다’

2018년 9월 27일

지난번 ‘원소로 보는 화학사’에서는 동물(사람)의 분비물(소변)에서 처음 발견된 원소 ‘인(원자번호 15번)’에 대해 소개해드렸습니다. 오늘은 강철 합금과 건전지에 쓰이는 원소 ‘망가니즈(원자번호 25번, 망간)’에 얽힌 흥미진진한 화학 이야기를 들려드릴게요.


원자번호 25번 ‘망가니즈’를 소개합니다!

태평양

지구에 12번째로 많은 원소 망가니즈는 고갈될 일이 거의 없는 원소로 알려져 있습니다. 광산을 채굴해서 얻는 보통의 금속 원소와 달리, 망간은 바닷속에 공 모양의 망가니즈단괴(특정 성분이 농축되어 단단해진 덩어리)가 무려 5,000억t이나 쌓여 있기 때문입니다. 태평양 바닥에 산더미처럼 쌓인 망가니즈단괴를 꺼내는 것은 불가능해 보였지만, 2016년 신기술을 개발하면서 이제는 현실에서 가능해졌습니다. 망가니즈는 지각에도 매우 많은 양이 존재하는데요. 이는 미래의 자원으로 보관하고 있는 셈입니다. 망가니즈는 생명체에 꼭 필요한 필수 무기질이기 때문입니다.

‘망가니즈’가 발견되기까지의 과정, 그리고 원소명의 유래

Johan Gottlieb Gahn 요한 고틀리에브 간 1745. 8. ~ 1818. 12. 스웨덴의 화학자·광물학자

망가니즈는 자연계에서 보통 연망간석(황동석과 같은 결정구조를 가지는 정방정계에 속하는 광물), 능망간석(육방정계의 광물로서 망가니즈의 주요한 광석)의 형태로 존재합니다. 망가니즈 광물은 아주 옛날부터 채굴되었습니다. 고대 로마에서는 망가니즈를 유리의 옅은 초록색을 없애고 무색이나 투명으로 만들기 위해 이용했고, 중세 때는 망가니즈를 강력한 산화제로 사용했습니다. 이렇듯 망가니즈는 원소로 분리되기 훨씬 전부터 알려져 있었습니다.

18세기 화학자들은 연망간석에서 금속 망가니즈를 분리하기 위해 많은 시도를 했지만 매번 실패했습니다. 이후 1774년 스웨덴의 셀레는 연망간석에서 망가니즈와 바륨을 발견했지만, 이를 원소로 분리하지는 못했습니다. 그리고 같은 해 스웨덴의 화학자 간이 이산화망간을 탄소로 환원시켜 금속 망가니즈를 얻는데 성공하면서 드디어 최초로 망가니즈의 분리에 성공했습니다.

망가니즈(Manganese)의 원소명은 자석을 뜻하는 라틴어 ‘magnes’와 연망간석을 의미하는 ‘magnesia nigra(검은 마그네시아)’에서 유래했다는 설을 포함해 그 밖에도 여러 가지 설이 있습니다. 얼마 전까지 망간로 불리던 망가니즈는 IUPAC(국제 순수ㆍ응용화학 연합) 명명법에 따라 최근 망가니즈(manganese)로 명칭이 통일되었습니다.

‘망가니즈’는 어디에 사용될까요?

철과 알루미늄의 합금으로 강한 힘을 발휘하는 원소

망가니즈 합금

1년에 1,000만t 넘게 생산되는 망가니즈의 90% 이상이 합금 제조에 이용됩니다. 현대 기술에 필요한 거의 모든 종류의 강철에는 망가니즈가 첨가되는데요. 이는 철이 파괴되는 것을 막고 강도를 높일 뿐만 아니라, 제련 과정에서 기포가 발생하는 문제도 해결해 줍니다. 알루미늄에도 망가니즈를 첨가해 합금을 만듭니다. 이렇게 만들어진 알루미늄-망가니즈 합금은 알루미늄 캔, 항공기 몸체 등에 널리 사용합니다.

자석, 건전지, 동전

자석, 건전지, 동전

망가니즈는 우수한 전자기적 특성을 띱니다. 그래서 자석을 만들 때도 소량의 망가니즈를 더해 자력을 강화합니다. 우리가 흔히 사용하는 AA 크기와 AAA 크기의 1.5V건전지에도 망가니즈가 첨가돼 있습니다. 동전에 망가니즈를 넣는 나라들도 많은데요. 이는 자석에 붙을 정도는 아니지만 약간의 자성을 띠게 함으로써 자판기가 동전을 확실하게 인식하도록 돕습니다.

동·식물 필수 무기질

동·식물 필수 무기질

망가니즈는 동·식물의 필수 원소이기도 합니다. 동물의 몸에서는 효소들을 정상적으로 작동하게 하고, 식물에게는 광합성을 가능하게 합니다. 망가니즈가 부족하면 근육 떨림이나 골다공증을 일으키는 반면에 너무 많이 섭취하면 신경이 손상될 수 있습니다. 평소 식사할 때 일반적인 식단으로도 적당한 양을 섭취할 수 있으므로 특별한 경우가 아니라면 크게 신경 써서 챙겨먹지 않아도 됩니다.


오늘은 지각에 세 번째로 많이 포함된 전이금속이며, 다른 전이금속들과 마찬가지로 모든 생명체에게 필수적인 원소 ‘망가니즈(원자번호 25번, 망간)’에 대해 소개해드렸습니다. 다음 ‘원소로 보는 화학사’에서는 DVD의 재녹화를 가능하게 만든 원소 ‘텔루륨(원자번호 52번)’을 소개해 드릴게요. 많이 기대해 주세요.

 

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<내용 출처> 누구나 쉽게 배우는 원소 (그림으로 배우는 118종 원소 이야기) / 원소의 세계사 (주기율표에 숨겨진 기상천외하고 유쾌한 비밀들) /원소가 뭐길래 (일상 속 흥미진진한 화학 이야기) / Big Questions 118 원소 (사진으로 공감하는 원소의 모든 것)

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