탄산 마그네슘

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1. 개요
2. 형태
3. 생성
4. 화학적 성질
5. 용도
6. 안전성
7. 약전 등재
참조

1. 개요

탄산 마그네슘은 MgCO₃의 화학식을 갖는 무기 화합물로, 다양한 형태의 수화물과 염기성 탄산 마그네슘 형태로 존재한다. 무색 또는 백색의 고체로, 물과 에탄올에 거의 녹지 않으며 산과 반응하여 이산화탄소를 방출한다. 주로 마그네사이트 광석을 채굴하여 얻으며, 고온에서 산화 마그네슘과 이산화탄소로 분해된다. 내화 벽돌, 바닥재, 소화제, 화장품, 식품 첨가물 등 다양한 산업 분야에서 사용되며, 암벽 등반 시 미끄럼 방지용 '초크'로도 활용된다. 또한 무독성 물질로, 영국 및 일본 약전에 등재되어 있다.

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탄산 마그네슘 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
탄산 마그네슘
다른 이름	능고토석 Barringtonite (이수화물) Nesequehonite (삼수화물) Lansfordite (오수화물)
식별 정보
화학 물질 식별자 (ChemSpiderID)	10563
유럽 화학 물질 데이터베이스 (ChEMBL)	1200736
국제 화학 식별자 (InChI)	1/CH2O3.Mg/c2-1(3)4;/h(H2,2,3,4);/q;+2/p-2
국제 화학 식별자 키 (InChIKey)	ZLNQQNXFFQJAID-NUQVWONBAU
화학 물질 및 생물학적 물질 데이터베이스 (ChEBI)	31793
간소화 분자 입력 라인 표기법 (SMILES)	[Mg+2].[O-]C([O-])=O
표준 국제 화학 식별자 (StdInChI)	1S/CH2O3.Mg/c2-1(3)4;/h(H2,2,3,4);/q;+2/p-2
표준 국제 화학 식별자 키 (StdInChIKey)	ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L
화학 물질 등록 번호 (CASNo)	546-93-0 (무수물)
화학 물질 등록 번호 (CASNo)	17968-26-2 (일수화물)
화학 물질 등록 번호 (CASNo)	5145-48-2 (이수화물)
화학 물질 등록 번호 (CASNo)	14457-83-1 (삼수화물)
화학 물질 등록 번호 (CASNo)	61042-72-6 (오수화물)
고유 성분 식별자 (UNII)	0IHC698356
고유 성분 식별자 (UNII)	0E53J927NA (일수화물)
펍켐 (PubChem)	11029
미국 국립 직업 안전 보건 연구소 (RTECS)	OM2470000
속성
분자량	84.3139 g/mol (무수물)
화학식	MgCO3
외형	흰색 고체, 흡습성
냄새	무취
밀도	2.958 g/cm³ (무수물)
밀도	2.825 g/cm³ (이수화물)
밀도	1.837 g/cm³ (삼수화물)
밀도	1.73 g/cm³ (오수화물)
용해도	무수물: 0.0139 g/100 mL (25 °C), 0.0063 g/100 mL (100 °C)
용해도 곱	10−7.8
다른 용매에 대한 용해도	산, 수성 CO2에 용해됨, 아세톤, 암모니아에 불용해
녹는점	350 °C (분해, 무수물), 165 °C (삼수화물)
굴절률	1.717 (무수물)
굴절률	1.458 (이수화물)
굴절률	1.412 (삼수화물)
자기 감수율	−32.4·10−6 cm³/mol
구조
결정 구조	삼방정계
공간군	R3c, No. 167
열화학
표준 생성 엔탈피 (ΔHf)	−1113 kJ/mol
엔트로피 (S)	65.7 J/mol·K
표준 생성 자유 에너지 (ΔGf)	−1029.3 kJ/mol
열용량 (Cp)	75.6 J/mol·K
약리학
ATC 코드	A02AA01
ATC 보충	A06AD01
위험성
물질안전보건자료 (SDS)	ICSC 0969
미국 화재 예방 협회 (NFPA) - 건강	1
미국 화재 예방 협회 (NFPA) - 가연성	0
미국 화재 예방 협회 (NFPA) - 반응성	0
인화점	불연성
허용 노출 기준 (PEL)	시간 가중 평균 (TWA) 15 mg/m³ (총 분진) 시간 가중 평균 (TWA) 5 mg/m³ (호흡성 분진)
관련 화합물
다른 음이온	탄산수소 마그네슘
다른 양이온	탄산 베릴륨 탄산 칼슘 탄산 스트론튬 탄산 바륨 탄산 라듐
관련 화합물	아티나이트 하이드로마그네사이트 다이핑자이트

2. 형태

탄산 마그네슘의 가장 일반적인 형태는 마그네사이트(MgCO₃)라고 불리는 무수염과 바링토나이트(MgCO₃·2H₂O), 네스케호나이트(MgCO₃·3H₂O), 랜스포다이트(MgCO₃·5H₂O)로 알려진 2수화물, 3수화물, 5수화물이다.^[1] 아르티나이트(Mg₂CO₃(OH)₂·3H₂O), 수산화마그네슘(Mg₅(CO₃)₄(OH)₂·4H₂O), 디핑가이트(Mg₅(CO₃)₄(OH)₂·5H₂O)와 같은 염기성 탄산 마그네슘도 광물로 존재한다. 이러한 광물들은 모두 무색 또는 백색을 띤다.

마그네사이트는 방해석 구조로 결정화되며, 여기서 마그네슘(Mg²⁺)은 여섯 개의 산소 원자에 둘러싸여 있다.^[5] 2수화물은 삼사정계 구조를 가지며, 3수화물은 단사정계 구조를 갖는다.

탄산 마그네슘의 결정 구조
탄산염 배위	마그네슘 배위	단위세포

"경량" 및 "중량" 탄산 마그네슘은 실제로는 각각 수산화마그네슘 및 디핑가이트를 가리킨다.^[6]

3. 생성

탄산 마그네슘은 주로 마그네사이트 광석을 채굴하여 얻는다. 전 세계 공급량의 70%는 중국에서 채굴 및 가공된다.^[8]

실험실에서는 수용성 마그네슘 염과 탄산수소나트륨의 반응을 통해 탄산 마그네슘을 제조할 수 있다.

염화 마그네슘(또는 황산마그네슘)을 탄산 나트륨 수용액으로 처리하면 탄산 마그네슘 자체가 아닌, 탄산 마그네슘과 수산화 마그네슘의 수화물 복합체인 염기성 탄산 마그네슘 침전물이 생성된다.

고순도 산업적 제조 방법으로는 탄산수소 마그네슘을 이용하는 방법이 있다. 이는 수산화 마그네슘 슬러리와 이산화 탄소를 고압과 적당한 온도에서 반응시켜 생성할 수 있다.^[9] 그런 다음 탄산수소 마그네슘을 진공 건조하면 이산화 탄소와 물 분자가 제거된다.

4. 화학적 성질

많은 일반적인 2족 금속 탄산염과 마찬가지로, 탄산 마그네슘은 수용액 산과 반응하여 이산화탄소와 물을 방출한다.^[1]

:MgCO₃ + 2 HCl → MgCl₂ + CO₂ + H₂O

:MgCO₃ + H₂SO₄ → MgSO₄ + CO₂ + H₂O

고온에서 MgCO₃는 산화 마그네슘과 이산화 탄소로 분해된다. 이 과정을 소성이라고 한다.^[1]

:MgCO₃ → MgO + CO₂ (ΔH = +118 kJ/mol)

분해 온도는 350°C로 알려져 있다.^[10]^[11] 그러나, 발생한 이산화 탄소의 재흡착 때문에 900°C 이하에서는 산화물로의 소성이 일반적으로 완료되지 않은 것으로 간주된다.

염의 수화물은 분해 중 서로 다른 온도에서 물을 잃는다.^[12] 예를 들어, 삼수화물 MgCO₃·3H₂O (분자식은 Mg(HCO₃)(OH)·2H₂O로 쓸 수 있다)의 경우, 탈수 단계는 157°C와 179°C에서 일어난다.^[12]

:Mg(HCO₃)(OH)·2(H₂O) → Mg(HCO₃)(OH)·(H₂O) + H₂O (157°C)

:Mg(HCO₃)(OH)·(H₂O) → Mg(HCO₃)(OH) + H₂O (179°C)

성상은 백색의 부서지기 쉬운 덩어리 또는 분말이며, 무미무취이다.
물이나 에탄올에 거의 녹지 않는다.
무수물 또는 이수화물, 삼수화물, 오수화물을 만든다.
밀도는 무수물의 경우 2.958 g/cm³이다. 수화가 진행됨에 따라 밀도가 감소하여, 오수화물에서는 1.73 g/cm³이 된다.
가열하면 수화물은 물을 잃고, 더욱 강열하면 이산화탄소를 방출하여 산화마그네슘(MgO)이 된다.

: MgCO3 -> MgO + CO2

강산이나 카르복시산과 반응하여 녹고, 이산화탄소를 방출한다.
마그네슘염 수용액에 탄산나트륨 또는 탄산칼륨을 가하여 침전시킨 것은 '''염기성탄산마그네슘'''(mMgCO₃ · Mg(OH)₂ · nH₂O)이라 불리며, 이것을 '''탄산마그네슘'''이라고 부르는 경우가 많다. 염기성탄산마그네슘의 조성비는 제법에 따라 다르며, Mg(OH)₂에 대해 MgCO₃이 3~5, H₂O가 3~7의 비율이 된다.

5. 용도

탄산 마그네슘은 주로 소성을 통해 산화 마그네슘을 생산하는 데 사용된다. 마그네사이트와 돌로마이트 광물은 내화벽돌 생산에 사용된다.^[1] 또한 바닥재, 내화재, 소화제, 화장품, 분산제, 치약 등에도 사용된다. 충전재, 플라스틱의 발연 억제제, 네오프렌 고무의 강화제, 건조제, 식품의 색상 유지제로도 사용된다.

1911년에는 물에 대한 용해도가 낮고 흡습성이 있는 탄산 마그네슘을 식탁용 소금에 첨가하여 유동성을 향상시켰다. 모튼 솔트 회사는 탄산 마그네슘을 함유한 소금이 습한 날씨에도 뭉치지 않는다는 점을 강조하며 "When it rains it pours"라는 슬로건을 채택했다.^[13]

암벽 등반가 얀 호예르(Jan Hojer)가 손에서 넘치는 '초크'를 털어내고 있다. (볼더링 월드컵 2015)

'클라이밍 초크' 또는 '짐 초크'로 알려진 분말 탄산 마그네슘은 암벽 등반, 체조, 파워리프팅, 역도 등 단단한 그립이 필요한 스포츠에서 운동선수의 손을 건조하게 유지하는 건조제로 사용된다.^[8] 액체 초크도 있다.

식품 첨가물로서 탄산 마그네슘은 E504로 알려져 있으며, 고농도에서는 완하제로 작용할 수 있다.^[14]

박제 시 두개골을 하얗게 만드는 데 사용된다. 과산화 수소와 섞어 페이스트를 만들어 두개골에 바르면 흰색으로 마감할 수 있다.

영사막에 무광택 흰색 코팅으로 사용된다.^[15]

고순도 탄산 마그네슘은 제산제로 사용되며, 소금에 첨가하여 흡습성을 방지한다. 탄산 마그네슘은 물에는 녹지 않고 산에만 녹아 거품(발포)을 발생시키기 때문에 이러한 용도로 사용될 수 있다.^[16]

산업용 원료로서는 내화·단열 재료, 비료 원료, 잉크·도료 첨가제, 유리 첨가제, 제지, 화장품 첨가제, 식품 첨가제 등으로 사용된다. 또한 제산제, 완하제(의약품), 치약의 연마제, pH 알칼리화용 보충제, 각종 운동 용구의 미끄럼 방지제("탄마", "탄마그"로 약칭) 및 클라이밍 초크로도 사용된다.

6. 안전성

탄산 마그네슘은 무독성이며 불연성 물질이다.

7. 약전 등재

영국 약전과 일본 약전에 등재되어 있다.^[17]^[18]

참조

_[1] 저널 Experimental determination of the solubility product of magnesite at 50 to 200 °C
_[2] 서적 Chemical Principles 6th Ed. Houghton Mifflin Company
_[3] 웹사이트 Magnesium carbonate http://chemister.ru/[...]
_[4] PGCH
_[5] 저널 The equation of state and high-pressure behavior of magnesite
_[6] 저널 Preparation of a magnesium hydroxy carbonate from magnesium hydroxide
_[7] 서적 General and inorganic chemistry, 2nd ed.
_[8] 웹사이트 The Hidden Environmental Cost of Climbing Chalk https://www.climbing[...] Cruz Bay Publishing 2018-05-21
_[9] Ullmann Magnesium Compounds
_[10] 웹사이트 IAState MSDS http://avogadro.chem[...]
_[11] 서적 CRC Handbook of Chemistry and Physics https://archive.org/[...] CRC Press
_[12] 웹사이트 Conventional and Controlled Rate Thermal analysis of nesquehonite Mg(HCO₃)(OH)·2(H₂O) http://core.kmi.open[...]
_[13] 웹사이트 Her Debut - Morton Salt http://www.mortonsal[...] 2017-12-27
_[14] 웹사이트 Food-Info.net : E-numbers : E504: Magnesium carbonates http://www.food-info[...]
_[15] 서적 Certified Technology Specialist-Installation McGraw Hill Education
_[16] 웹사이트 What Is Magnesium Carbonate? https://sciencing.co[...] 2017-04-24
_[17] 웹사이트 Index, BP 2009 http://www.pharmacop[...] 2010-01-31
_[18] 웹사이트 Japanese Pharmacopoeia, Fifteenth Edition http://jpdb.nihs.go.[...] 2010-01-31
_[19] 저널 Experimental determination of the solubility product of magnesite at 50 to 200 °C
_[20] 서적 Chemical Principles 6th Ed. https://archive.org/[...] Houghton Mifflin Company
_[21] 웹인용 Magnesium carbonate http://chemister.ru/[...]
_[22] PGCH

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