황산 마그네슘

3. 수화물

황산 마그네슘은 다양한 형태의 수화물로 결정화될 수 있다. 주요 수화물은 다음과 같다.

2017년 기준으로 십수화물(MgSO₄·10H₂O)의 존재는 확인되지 않았다.

모든 수화물은 가열하면 물 분자를 잃는다. 320°C 이상의 온도에서는 무수물만이 안정하다. 1124°C에서는 녹지 않고 산화 마그네슘(MgO)과 삼산화황(SO₃)으로 분해된다.
칠수화물 (에프솜염)칠수화물(MgSO₄·7H₂O)은 영국 서리주 엡섬에 있는 쓴맛 나는 염천에서 유래한 '에프솜염'이라는 이름으로 잘 알려져 있다. 이 염은 다공성 백악층(노스다운스)과 불투과성 런던 점토가 만나는 지점에서 솟아나는 용천수에서 얻어졌다. 칠수화물은 쉽게 물 한 분자를 잃고 육수화물(MgSO₄·6H₂O)을 형성한다. 에프솜염은 마그네슘과 황의 천연 공급원이며, 주로 입욕제, 각질 제거제, 근육 이완제, 진통제 등으로 사용된다. 그러나 시중의 에프솜염 제품 중에는 식물에 적합하지 않은 향이나 향수 성분이 첨가된 경우가 있어 원예용으로 사용되는 에프솜염과는 구분해야 한다.^[3] 자연에서는 광물 에프솜염으로 존재하며, 약품으로는 '황산마그네슘'으로 불린다.^[19]
일수화물 (키저라이트)일수화물(MgSO₄·H₂O) 또는 키저라이트는 칠수화물을 120°C로 가열하여 만들 수 있다.^[4] 250°C까지 더 가열하면 무수 황산마그네슘이 된다.^[4] 키저라이트는 2.7GPa 미만의 압력에서는 단사정계 대칭 구조를 가지지만, 그 이상의 압력에서는 삼사정계 대칭 구조로 상전이한다.^[5]
십일수화물 (메리디아나이트)십일수화물(MgSO₄·11H₂O) 또는 메리디아나이트는 대기압 하에서 2°C 이하의 온도에서만 안정하다. 이보다 높은 온도에서는 고체 칠수화물과 포화 용액의 혼합물로 액화된다. 물과의 공융점은 -3.9°C이며, 이때 황산마그네슘(MgSO₄) 농도는 질량 기준으로 17.3%이다. 적절한 농도의 용액을 0°C에서 며칠 동안 보관하면 큰 결정을 얻을 수 있다. 약 0.9GPa의 압력과 240,000의 온도에서 메리디아나이트는 얼음 VI와 구수화물(MgSO₄·9H₂O)의 혼합물로 분해된다.
구수화물구수화물(MgSO₄·9H₂O)은 황산마그네슘(MgSO₄)과 황산나트륨(Na₂SO₄) 용액을 적절한 비율로 혼합하여 냉각시키는 방법으로 비교적 쉽게 생성될 수 있는 것으로 보이지만, 최근에야 그 존재가 확인되고 특성이 분석되었다. 구조는 단사정계이며, 250,000에서의 단위세포 매개변수는 a = 0.675 nm, b = 1.195 nm, c = 1.465 nm, β = 95.1°, V = 1.177 nm³, Z = 4이다. 가장 가능성이 높은 공간군은 P2₁/c이다. 셀렌산마그네슘(MgSeO₄)도 구수화물(MgSeO₄·9H₂O)을 형성하지만, 결정 구조는 황산마그네슘 구수화물과 다르다.

자연에서는 주로 칠수화물(에프솜염) 형태로 발견되며, 그 외에 육수화물인 헥사하이드라이트나 다른 드문 수화물들도 존재한다.^[20]

4. 물리적 성질

황산 마그네슘의 완화는 10 kHz 이상의 음파가 바닷물에 흡수되는 주된 메커니즘이다.^[6] 이 과정에서 음향 에너지는 열에너지로 변환된다. 저주파 음파는 황산 마그네슘과 같은 염분에 덜 흡수되기 때문에 바다에서 더 멀리 전달되는 특성이 있다. 붕산과 탄산마그네슘 역시 음파 흡수에 기여한다.^[7]

5. 제조

황산마그네슘 헵타수화물(MgSO₄·7H₂O)은 영국 서리주 엡섬의 쓴맛이 나는 염수천에서 유래하여 "엡솜염"이라는 이름으로도 알려져 있다. 이 염은 다공성 백악 지층인 노스다운스가 불투과성의 런던 점토와 만나는 지점에서 솟아나는 용천수에서 생산되었다. 헵타수화물은 쉽게 물 분자 하나를 잃고 헥사수화물(MgSO₄·6H₂O)을 형성한다.

황산마그네슘 일수화물인 키저라이트(MgSO₄·H₂O)는 헵타수화물을 120°C로 가열하여 제조할 수 있다.^[4] 이를 250°C까지 더 가열하면 무수 황산마그네슘(MgSO₄)이 된다.^[4] 키저라이트는 2.7 GPa 미만의 압력에서는 단사정계 결정 구조를 나타내지만, 그 이상의 압력에서는 삼사정계 구조로 상전이한다.^[5]

황산마그네슘은 보통 건조한 호수 바닥이나 기타 천연 광상에서 직접 얻거나, 마그네사이트(탄산마그네슘, MgCO₃) 또는 마그네시아(산화마그네슘, MgO)를 황산(H₂SO₄)과 반응시켜 제조할 수 있다.

:$H\_2SO\_4\; +\; MgCO\_3\; \backslash rightarrow\; MgSO\_4\; +\; H\_2O\; +\; CO\_2$

다른 방법으로는 해수 또는 마그네슘을 함유한 산업 폐기물을 처리하여 수산화마그네슘을 침전시키고, 이 침전물을 황산과 반응시키는 방식이 있다.

또한, 키저라이트(MgSO₄·H₂O)를 물에 용해시킨 뒤 재결정화하여 황산마그네슘 헵타수화물(엡솜염, MgSO₄·7H₂O)을 만들기도 한다.

6. 천연에서의 존재

황산 마그네슘은 자연에서 주로 수화물 형태로 존재한다. 가장 흔한 형태는 칠수화물(MgSO₄·7H₂O)로, 광물로는 에프솜염, 약품으로는 '''황산마그네슘'''으로 알려져 있다.^[19] "엡솜염(Epsom salt)"이라는 일반명은 영국 서리주 엡섬의 쓴맛이 나는 염수천에서 유래했는데, 이 염천은 다공성 백악 지층인 노스다운스가 불투과성의 런던 점토와 만나는 지점에서 솟아나는 용천수이다. 칠수화물은 마그네슘과 황의 천연 공급원이며, 쉽게 물 한 분자를 잃고 육수화물(MgSO₄·6H₂O)을 형성한다. 시중에서 판매되는 엡솜염은 입욕제, 각질 제거제, 근육 이완제 및 진통제로 사용되지만, 향이나 향수가 첨가되어 있어 원예용으로 사용되는 순수 황산 마그네슘과는 다르다.^[3]

육수화물(MgSO₄·6H₂O)은 헥사하이드라이트라는 광물로도 존재한다.^[20] 돈 탐사선이 왜소행성 케레스의 오카토르 크레이터에서 관측한 밝은 지점은 육수화물에서 반사된 빛과 가장 일치하는 것으로 분석되었다.

더 많은 물 분자를 가진 수화물도 존재한다. 십일수화물(MgSO₄·11H₂O)인 메리디아나이트(meridianiite)는 대기압 하에서 2°C 이하의 온도에서만 안정하며, 그 이상의 온도에서는 칠수화물과 포화 용액의 혼합물로 액화된다. 물과의 공융점은 -3.9°C (MgSO₄ 17.3% 질량)이다. 메리디아나이트는 얼어붙은 호수 표면에서 관찰되었으며, 화성에도 존재할 가능성이 있다. 약 0.9 GPa의 압력과 240 K의 온도에서는 얼음 VI와 구수화물(MgSO₄·9H₂O)의 혼합물로 분해된다.

구수화물(MgSO₄·9H₂O)은 황산 마그네슘과 황산 나트륨(Na₂SO₄) 용액을 적절한 비율로 냉각시켜 만들 수 있으며, 최근에 그 구조가 확인되었다. 구조는 단사정계이며, 250K에서의 단위세포 매개변수는 a = 0.675nm, b = 1.195nm, c = 1.465nm, β = 95.1°, V = 1.177nm3, Z = 4이다. 가장 가능성이 높은 공간군은 P2₁/c이다. 셀렌산 마그네슘(MgSeO₄)도 구조가 다른 구수화물(MgSeO₄·9H₂O)을 형성한다.

그 외에도 수화 정도가 낮은 오수화물(MgSO₄·5H₂O), 사수화물인 스타키아이트(MgSO₄·4H₂O), 이수화물인 산데라이트(MgSO₄·2H₂O) 등이 존재하지만 희귀하다.^[20] 일수화물(MgSO₄·H₂O)인 키세라이트는 증발암 퇴적물에서 흔하게 발견된다. 물 분자가 전혀 없는 무수 황산마그네슘(MgSO₄)은 일부 불타는 탄광 폐기물에서 보고된 바 있다.

해수에서 마그네슘 이온(Mg²⁺)과 황산 이온(SO₄^2-)은 각각 나트륨 이온(Na⁺)과 염화 이온(Cl^-) 다음으로 풍부한 양이온과 음이온이다. 따라서 황산 마그네슘은 지질 환경에서 흔하게 발견되는 광물이며, 주로 초생 과정을 통해 생성된다. 또한 증발암 중 칼륨-마그네슘(K-Mg) 염 퇴적물의 중요한 구성 성분이기도 하다.

7. 복염

황산 마그네슘을 포함하는 복염이 존재한다. 황산나트륨마그네슘과 황산칼륨마그네슘으로 알려진 몇 가지가 있다. 구리-마그네슘 혼합 황산염 헵타수화물 (Mg,Cu)SO₄·7H₂O이 광미에서 발견되어 알퍼사이트라는 광물 이름이 붙여졌다.

참조

_[1] 웹사이트 Magnesium Sulfate {{!}} Formula, Properties & Application https://material-pro[...] 2023-07-24
_[2] 웹사이트 Unnamed (Mg Sulphate): Mineral information, data and localities. https://www.mindat.o[...] 2024-02-11
_[3] 웹사이트 What Is Epsom Salt And Why Is It So Important For My Cannabis Garden? https://herbiesheads[...] 2020-10-28
_[4] 웹사이트 Hazardous Substances Data Bank (HSDB) : 664 https://pubchem.ncbi[...] PubChem 2022-03-15
_[5] 논문 Polymorphism of Mg-sulfate monohydrate kieserite under pressure and its occurrence on giant icy jovian satellites https://www.scienced[...] 2020-01-15
_[6] 웹사이트 Underlying physics and mechanisms for the absorption of sound in seawater http://resource.npl.[...] Resource.npl.co.uk 2009-07-06
_[7] 서적 Principles of Sonar Performance Modeling
_[8] 논문 Magnesium for treatment-resistant depression: a review and hypothesis https://pubmed.ncbi.[...] 2010-04-01
_[9] 웹사이트 Magnesium sulfate asthma – Search Results https://pubmed.ncbi.[...] PubMed 2021-06-29
_[10] 웹사이트 Magnesium sulfate eclampsia – Search Results https://pubmed.ncbi.[...] PubMed 2021-06-29
_[11] 논문 National PReCePT Programme: a before-and-after evaluation of the implementation of a national quality improvement programme to increase the uptake of magnesium sulfate in preterm deliveries 2023-01-08
_[12] 논문 NHS quality improvement programme reduces the risk of cerebral palsy in newborns https://evidence.nih[...] 2023-06-30
_[13] 논문 The osmotic and intrinsic mechanisms of the pharmacological laxative action of oral high doses of magnesium sulphate. Importance of the release of digestive polypeptides and nitric oxide https://pubmed.ncbi.[...] 1996-06-01
_[14] 웹사이트 Horticulture myths http://www.uvm.edu/p[...] 2021-10-18
_[15] 웹사이트 What's Really in Bottled Water? https://rgwater.com/[...] 2023-01-17
_[16] 웹사이트 Why Your Bottled Water Contains Four Different Ingredients https://time.com/302[...] 2014-07-24
_[17] 웹사이트 水浴における浴用剤成分による生体への作用 https://www.jstage.j[...] 日本生気象学会雑誌 / 29 巻 (1992) 1 号 2024-09-27
_[18] 웹사이트 硫酸マグネシウム「NikP」 https://www.info.pmd[...] 2022-12-23
_[19] 서적 調剤指針 薬事日報社
_[20] 웹사이트 mindat https://www.mindat.o[...]