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염화마그네슘
염화마그네슘(Magnesium chloride)은 MgCl₂ 화학식을 지니는 화합물의 이름이다. 북아메리카에서 염화마그네슘은 주로 그레이트솔트호에서 생산된다. 조던 밸리의 사해에서도 비슷한 과정으로 추출된다. 일부 염화 마그네슘은 바닷물의 태양 증발을 통해 만들어진다.
개요[편집]
무수물 외에 2,4,6,8,10,12 수화물 등이 있으나, 보통은 육수화물 MgCl₂ ·6H₂O로서 존재한다. 독일의 슈타스푸르트에서는 비셔파이트로 MgCl₂ ·6H₂O를 산출한다.바닷물 속에도 함유되어 있어, 식염을 만들 때 부산물로서 간수 속에 약 15~19 % 함유되어 있다. 무수물은 무색의 결정성 분말로, 녹는점 712 ℃, 끓는점 1,412 ℃, 비중 2.325(25 ℃)이다. 흡습성이 강하고, 물 ·알코올에 잘 녹는다. 무수물을 공업적으로 만드는 데는 산화마그네슘(MgO, 마그네시아)에 탄소를 가하여 염소기체를 반응시키는데, 실험실에서는 염화마그네슘암모늄(MgCl₂ ·NH₄Cl ·6H₂O)를 열분해하여 만든다. 보통의 수화물을 가열해도 가수분해하여 산화마그네슘을 생성하므로, 순수한 염화마그네슘은 얻을 수 없다.
육수화물은 무색 결정으로, 비중 1.56이다. 조해성이 있으며, 물에 잘 녹고(0 ℃의 물 100 g에 대하여 52.8 g), 알코올에도 잘 녹는다. 육수화물을 공업적으로 얻는 데는 카널라이트(MgCl₂ ·KCl ·6H₂O)를 물에 녹여서 분별결정시키거나, 간수에서 분리시키는 방법 등이 있다. 무수물은 금속마그네슘의 제조원료로서 중요하며, 산화마그네슘을 섞어서 마그네시아시멘트를 만든다. 수화물은 두부의 제조 ·목재의 방부제 ·양모의 정제 ·황산(黃酸紙)의 제조 등에 사용된다.
구조, 제법 및 일반적인 특성[편집]
염화 마그네슘은 아래처럼 염화 카드뮴(CdCl₂)의 결정 구조와 비슷하게 마그네슘이 중심에 있는 정팔면체 구조로 결정화한다.
수화된 염화 마그네슘에 있어서 중심 금속에 배위된 물 분자의 개수(x = 12(−16.4 °C), 8(−3.4 °C), 6(116.7 °C), 4(181 °C), 2(약 300 °C))1)가 적을수록 더 높은 온도에서 물을 잃는 경향성을 나타낸다.
한편, 육수화물에서 Mg²⁺은 6개의 물 리간드가 배위된 정팔면체 구조의 중심 이온이며, 배위된 물 분자의 열적 탈수는 쉽게 일어나지 않는다. 산업적으로 무수 염화 마그네슘은 헥사암민 착물 [Mg(NH₃)₆]²⁺Cl₂을 가열하여 생산한다. 무수 염화 마그네슘은 루이스 산으로 작용하며, 약한 산이다.
다우 공정(Dow process)에서는 다음의 반응식과 같이 염산을 이용하여 수산화 마그네슘(Mg(OH)₂)으로부터 염화마그네슘을 얻는다.
- (Mg(OH)₂(s) + 2HCS(aq) → MgCl₂(aq) + 2H₂O(l)
또한, 아래에서처럼 탄산 마그네슘(Mg₂CO₃)과 염산을 반응시켜서도 얻을 수 있다.
- MgCO₃(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + CO₂ + 2H₂O(l)
사면체 구조의 Mg²⁺ 화합물은 흔하지 않지만, (N₂(CH₅)₄)₂ MgCl₄ 와 MgCl₂등이 알려져 있다.
응용[편집]
염화마그네슘은 두부를 만드는 데 이용되는 중요한 응집제이며, 분유에 포함된 성분이기도 하다.
Mg 금속 생산[편집]
무수 염화 마그네슘의 Mg²⁺는 용융된 염의 전기분해를 통해 금속 Mg으로 환원된다. 이 전기분해 후 생성된 마그네슘은 물과 즉시 반응한다. 수용액의 H⁺가 H₂로 환원되기 때문에 수용액에서의 전기분해는 불가능하다. 이것은 포베 다이아그램(Pourbaix diagram)에서 순수한 마그네슘을 얻는데 필요한 환원 전위가 물의 안정 영역보다 낮기 때문이다. 따라서 용융된 염화 마그네슘의 직접적인 전기분해는 무수 상태에서 수행한다.
아래에 나타낸 것과 같이, 환원 전극에는 마그네슘이 생성되고 산화 전극에는 염소 이온이 산화되어 염소 기체가 방출된다. 이 과정으로 대규모의 마그네슘을 생산한다.
- MgCl₂(l) → Mg(s) + Cl₂(g)
촉매 지지체[편집]
폴리올레핀(polyolefin) 생산을 위해 상업적으로 널리 사용하는 지글러-나타 촉매(Ziegler-Natta catalyst)는 촉매 지지체로 염화 마그네슘을 사용한다. 염화 마그네슘은 기존 촉매의 활성을 증가시키고, 높은 입체 특이성을 가지는 폴리프로필렌(PP, polypropylene)을 생산용 촉매로 발전하기도 했다.
제설[편집]
염화 마그네슘은 먼지 제어, 토양 안정화, 바람에 의한 침식 완화에 사용되는 물질 중 하나이다. 염화 마그네슘은 고속도로, 일반 도로 및 인도 등의 제빙을 막는 데 이용된다. 하지만, 염화 마그네슘은 환경 오염을 일으킬 수 있기 때문에 제설용으로 쓸 때 양을 조절해야 한다.
독성[편집]
마그네슘 이온은 보통 쓴맛이 나는데, 염화 마그네슘 용액의 농도에 따라 나타나는 정도가 다르다. 염화마그네슘 염으로부터 나오는 마그네슘의 독성은 정상적인 식습관을 가진 건강한 사람에게는 큰 영향을 미치지 못한다. 왜냐하면 과량의 마그네슘은 신장을 통해 소변으로 쉽게 배설되기 때문이다. 그런데도 많은 양의 염화 마그네슘을 섭취하면 가끔 설사를 유발할 수도 있다.
식물 생장에는 큰 영향을 줄 수 있는데 Mg²⁺와 Cl⁻는 모두 식물 생장에 중요한 필수 영양소이지만, 과량의 염화 마그네슘이 식물에 공급되면 해를 끼칠 수 있다. 예를 들어 토양에 염화 마그네슘이 많이 존재하면 식물이 물과 영양분을 쉽게 흡수하지 못하도록 막을 수 있다. 즉, 과량의 염화마그네슘이 식물 내부로 흡수되면 주로 잎의 가장자리에 축적되어 잎의 생장을 막아 결국 식물을 시들게 하기도 한다.
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
