관석
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1. 개요
관석은 물속의 칼슘, 마그네슘 이온 등이 가열되거나 압력이 감소하면서 탄산칼슘 형태로 침전되어 생성되는 물질이다. 주로 탄산칼슘으로 구성되며, 경수 내 칼슘 이온이 비누와 반응하여 생기는 금속 비누 역시 관석의 일종이다. 관석은 파이프 막힘, 열 전달 방해 등의 문제를 일으키며, 욕조, 싱크대, 배수관 등에 침전물을 생성한다. 하지만 건축 자재로 활용되기도 하며, 구연산으로 제거할 수 있다.
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| 관석 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 다른 이름 | 석회, 라임 스케일 |
| 화학식 | 주로 탄산 칼슘(CaCO3) |
| 관련 화합물 | 탄산 마그네슘(MgCO3) 수산화 마그네슘(Mg(OH)2) 황산 칼슘(CaSO4) |
| 특성 | |
| 색상 | 흰색 또는 회백색, 갈색 |
| 용해도 | 물에 약간 용해됨. 산성 용액에 더 잘 용해됨. |
| 경도 | 높음 |
| 질감 | 딱딱하고 다공성 |
| 발생 원인 | |
| 원인 | 경수를 가열할 때 경수가 증발할 때 |
| 문제점 | |
| 영향 | 열전도율 감소 파이프 막힘 기기 고장 에너지 효율 감소 |
| 제거 방법 | |
| 물리적 제거 | 스크레이퍼 사용 브러시 사용 |
| 화학적 제거 | 산(예: 아세트산, 시트르산, 염산) 사용 킬레이트제(예: EDTA) 사용 |
| 예방 | 연수기 사용 탈염 |
| 용도 | |
| 산업 | 칼슘 공급원 |
| 기타 | 지질학 연구 |
2. 화학적 조성 및 생성 원리
물때(관석)는 주로 탄산칼슘(CaCO3)으로 구성되며, 칼슘, 마그네슘 이온을 포함한 센물(경수)이 가열될 때 생성된다. 센물은 공업용이나 난방용으로 사용하면 관석을 만들어 파이프를 막히게 하거나 열 전달을 방해한다.
경수의 칼슘 양이온은 연수에 녹는 비누와 화합물을 만들기도 하는데, 이 화합물은 욕조, 싱크대, 배수관 등에 얇은 막처럼 침전되는 찌꺼기가 되기도 한다.
공기 중에서 건조되는 조리 기구나 물이 떨어지는 수도꼭지, 욕실의 타일·거울 등에 보이는 유형은 탄산칼슘과 증발 전의 물에 포함되어 있는 기타 염의 혼합물이다. 지속적으로 경수를 흘려보내는 수도꼭지에도 관석이 보이는데, 이는 수도꼭지 내측을 보호하기도 하지만 성장하여 수도꼭지를 막아버리는 경우도 있다.
2. 1. 탄산칼슘 침전
센물에는 칼슘, 마그네슘 중탄산염(Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2) 등의 이온이 포함되어 있다. 물이 가열되면 용해된 중탄산칼슘과 탄산칼슘 사이에 화학 평형이 발생하며, 이산화탄소(CO2)가 방출되고 탄산염 농도가 증가하여 탄산칼슘이 침전된다.[8]화학 반응식은 다음과 같다.
:Ca2+ + 2HCO3- ⇌ Ca2+ + CO32- + CO2 + H2O
침전 반응식은 다음과 같다.
:Ca2+ + CO32- → CaCO3
2. 2. 기타 성분
철 함유 화합물이 존재하기 때문에 관석에는 종종 색이 나타난다. 주요 철 화합물 세 가지는 방철석(FeO), 적철석(Fe2O3), 자철석(Fe3O4)이다.2. 3. 생성 요인
센물은 공업용이나 난방용으로 사용하면 관석(탄산칼슘)을 만들어 파이프를 막히게 하거나 열 전달을 방해한다. 온수기의 가열 요소에 침전되는 물질은 주로 탄산칼슘으로 구성된다.탄산칼슘 및 중탄산칼슘(Ca(HCO3)2)과 같은 칼슘염은 찬물보다 뜨거운 물에 덜 용해된다. 물의 온도가 상승하거나 압력이 떨어지면 이산화탄소(CO2)가 기체로 물을 떠나 반응에 관여하는 양이 감소하여 중탄산염과 탄산염의 평형이 오른쪽으로 재균형을 이루고 용해된 탄산염의 농도가 증가한다. 탄산염 농도가 증가함에 따라 염인 탄산칼슘이 침전된다. (Ca2+ + → CaCO3)
관석, 석회화석, 석회암과 같은 칼사이트 표면 침전물의 경우 칼사이트 형성의 주요 원인은 기체의 용출이다.
탄산수소칼슘(탄산수소염)은 물에 녹지만 70도를 넘으면 탄산염으로 변한다.[8] 탄산염은 물에 잘 녹지 않기 때문에 물이 가열되는 곳에 침착되어 나타난다.[8] 물이 가열되면 비등이 국소적으로 집중되는 핫스팟이 발생하는 경우가 있으며, 탄산염이 거기에 집중하여 석출되는 경우가 있다.[8]
3. 문제점 및 영향
센물은 공업용이나 난방용으로 사용될 때 관석(탄산칼슘)을 생성하여 문제를 일으킨다. 석회비늘(Limescale)이라고 불리는 석회질 침전물은 탄산수소칼슘이 70도를 넘으면 물에 잘 녹지 않는 탄산염으로 변하면서 발생하는데,[8] 이는 파이프를 막히게 하거나 열 전달을 방해하여 열효율을 떨어뜨리고, 심하면 수도꼭지를 막기도 한다.[7] 
비누때는 센물 속 칼슘 이온이 비누와 결합하여 생기는 현상으로, 욕조, 세면대, 배수관 등에 얇은 막 형태로 침전된다.[7] 물을 가열하는 장치에 침착하는 물때는 주로 석회(탄산칼슘) 성분이며, 전기주전자 등에 쌓이는 석회는 '''라임스케일'''('''석회비늘''')이라고 불린다. 이러한 물때는 구연산을 사용하여 제거할 수 있다.
탄산수소칼슘은 70도를 넘으면 물에 잘 녹지 않는 탄산염으로 변하여 침전물을 형성한다.[8] 또한, 경수 속 칼슘 양이온은 비누와 화합물을 만들어 욕조, 싱크대, 배수관 등에 얇은 막 형태의 찌꺼기를 생성한다.
수도꼭지에 지속적으로 경수가 흐르면 물때가 생성되어 수도꼭지 안쪽을 보호하기도 하지만, 성장하여 수도꼭지를 막는 경우도 있다. 2020년에는 주전자에 쌓인 물때 속 구리가 산성 음료에 녹아 나와 이를 섭취한 고령자가 설사 등을 겪은 사례도 있었다.[9]
3. 1. 설비 문제
센물은 공업용이나 난방용으로 사용하면 관석(탄산칼슘)을 만들어 파이프를 막히게 하거나 열 전달을 방해한다.[7] 석회비늘(Limescale)이라고 불리는 석회질 침전물은 탄산수소칼슘이 70도를 넘으면 물에 잘 녹지 않는 탄산염으로 변하면서 발생한다.[8] 이러한 관석은 열효율을 떨어뜨리고, 수도꼭지를 막아버리는 경우도 있다. 온천 시설에서는 온수 공급 파이프에 물때가 쉽게 형성되므로, 드릴로 굴착한 후 고압 주수하여 물때를 제거하는 유지보수가 필요하다.3. 2. 위생 문제
비누때는 센물에 있는 칼슘 이온이 비누와 결합하여 생기는 현상이다. 이는 부드러운 물에서는 녹지만, 욕조, 세면대, 배수관 내부 표면에 얇은 막 형태로 침전된다. Scum영어은 금속비누를 말한다.[7]물을 가열하는 장치 등에 침착하는 유형의 물때는 주요 성분이 물에서 침전된 석회(탄산칼슘)이다. 전기주전자 등에 침착하는 석회는 '''라임스케일'''('''석회비늘''', Limescale영어)이라고 불린다. 경수가 증발하는 파이프 안쪽이나 기타 표면 등에도 유사한 침전물이 보이기도 한다.
이러한 물때는 생성 기원에 따라 약간 다르다. 주성분은 석회이므로 비위생적인 것은 아니다. 산에 녹는 성질이 있기 때문에, 쌓인 석회비늘을 제거하는 데는 물에 녹인 구연산이 효과적이다.
탄산수소칼슘(탄산수소염)은 물에 녹지만 70도를 넘으면 탄산염으로 변한다. 탄산염은 물에 잘 녹지 않기 때문에 물이 가열되는 곳에 침착되어 나타난다.[8] 물이 가열되면 비등이 국소적으로 집중되는 핫스팟이 발생하는 경우가 있으며, 탄산염이 거기에 집중되어 석출되는 경우가 있다.
경수 중의 칼슘 양이온은 보통 연수에 녹는 비누와 화합물을 만들기도 한다(금속비누). 이 화합물은 욕조나 싱크대, 배수관 안쪽 등에 얇은 막처럼 침전하는 찌꺼기가 되는 경우가 있다.
공기 중에서 건조되는 조리 기구나 물이 떨어지는 수도꼭지, 욕실 타일·거울 등에 보이는 유형은 탄산칼슘과 증발 전의 물에 포함되어 있는 기타 염의 혼합물이다.
지속적으로 경수를 흘려보내는 수도꼭지에도 물때가 보이는데, 이는 수도꼭지 안쪽을 보호하기도 하지만, 한편으로 성장하여 수도꼭지를 막아버리는 경우도 있다. 온천 시설에서 온수를 공급하는 파이프는 취급하는 수원의 성질상 물때가 형성되기 쉽고, 파이프 내의 물때를 제거하기 위해 드릴로 굴착한 후 고압 주수하여 물때와 함께 방출하는 유지보수가 이루어지고 있다.
2020년, 주전자에 쌓인 물때에 포함된 구리가 산성인 스포츠 음료에 녹아 나와 이를 섭취한 고령자가 설사 등을 호소하는 사례가 발생한 적이 있다. 수돗물에 포함된 구리는 미량이며, 일반적으로는 생각할 수 없는 사례로 여겨진다.[9]
4. 활용
아이펠 수도교는 서기 80년경에 완공되었으나 260년경 게르만 부족에 의해 파괴되어 대부분 훼손되었다. 중세 시대에는 수도교 내부에 생성된 석회암과 유사한 석회질 침전물이 건축 자재로 특히 귀하게 여겨졌는데, 천연석이 부족한 이 지역에서는 "아이펠 대리석"이라 불렸다. 수도교 운영 과정에서 많은 구간에 두께가 20cm에 달하는 층이 생겼으며, 이 재료는 갈색 대리석과 비슷한 질감을 가지고 있어 수도교에서 쉽게 제거할 수 있었다. 연마하면 맥이 드러났고, 평평하게 자르면 돌판처럼 사용할 수도 있었다. 이 인공 석재는 라인란트 전역에서 사용되었으며 기둥, 창틀, 심지어 제단에도 매우 인기가 있었다.[2]
"아이펠 대리석"은 동쪽으로는 파더보른과 힐데스하임의 대성당에서, 덴마크 로스킬레 대성당에서는 묘비에 사용되었다.[2] 11세기와 12세기에는 서쪽으로 무역을 통해 영국으로 수출되어 여러 노르만 양식 영국 대성당의 기둥을 만드는 데 사용되었다. 이 갈색 석재는 오랫동안 '오닉스 대리석'으로 알려져 있었다.[3]
4. 1. 건축 자재
로마의 아이펠 수도교는 서기 80년경에 완공되었으나 260년경 게르만 부족에 의해 파괴되어 대부분 훼손되었다. 중세 시대에는 수도교 내부에 생성된 석회암과 유사한 석회질 침전물이 건축 자재로 특히 귀하게 여겨졌는데, 천연석이 부족한 이 지역에서는 "아이펠 대리석"이라 불렸다. 수도교 운영 과정에서 많은 구간에 두께가 20cm에 달하는 층이 생겼다. 이 재료는 갈색 대리석과 비슷한 질감을 가지고 있어 수도교에서 쉽게 제거할 수 있었다. 연마하면 맥이 드러났고, 평평하게 자르면 돌판처럼 사용할 수도 있었다. 이 인공 석재는 라인란트 전역에서 사용되었으며 기둥, 창틀, 심지어 제단에도 매우 인기가 있었다. "아이펠 대리석"은 동쪽으로는 파더보른과 힐데스하임까지 사용되었는데, 이곳의 대성당에서도 볼 수 있다. 덴마크의 로스킬레 대성당은 이 석재가 사용된 가장 북쪽 지역으로, 여러 묘비가 이것으로 만들어졌다.[2]11세기와 12세기에는 서쪽으로 무역을 통해 영국으로 수출되었는데, 고급 수입 자재로서 여러 노르만식 영국 대성당의 기둥을 만드는 데 사용되었다. 인상적인 광택이 나는 갈색 석재는 오랫동안 '오닉스 대리석'으로 알려져 있었다. 캔터베리 대성당의 석조물을 연구하는 사람들에게는 그 기원과 성질이 수수께끼였으나, 2011년에 그 원산지가 확인되었다.[3] 캔터베리 대성당에서는 회랑 지붕을 받치는 기둥으로 사용되었는데, 퍼벡 대리석 기둥과 번갈아 사용되었다. 이처럼 큰 대성당 회랑에는 열린 안뜰 주변에 수백 개의 기둥이 필요했으므로, 잘 조직된 채굴 및 운송 작업이 이루어졌을 것이다. 현재는 석회화 침전물 또는 석회질 침전물(오닉스도 대리석도 아니기 때문)이라고 불리는 아이펠 퇴적물은 로체스터[4]에서도 확인되었고, 노르위치의 현재는 사라진 로마네스크 양식 회랑[5]뿐만 아니라 캔터베리의 병원 회랑, 장(章) 회의실 창문, 그리고 보물 창고 출입구에서도 발견된다.[6]
5. 제거 및 관리
관석(물때)은 주로 석회(탄산칼슘) 성분으로, 경수가 증발하면서 칼슘과 마그네슘의 탄산수소염 등이 침전되어 발생한다. 탄산수소칼슘은 물에 녹지만 70도를 넘으면 물에 잘 녹지 않는 탄산염으로 변하여 침전된다.[8] 칼슘 양이온은 비누와 결합하여 금속비누를 만들기도 하는데, 이는 욕조, 싱크대, 배수관 등에 얇은 막 형태로 침전되어 찌꺼기가 된다.
물때 생성을 줄이기 위해서는 전기주전자, 수도꼭지, 샤워기 헤드 등 물때가 쌓이기 쉬운 곳을 주기적으로 청소해야 한다. 센물을 단물로 바꾸는 연수 장치를 설치하거나, 온천 시설 등에서는 드릴 굴착 및 고압 주수 등의 유지보수를 통해 파이프 내 물때를 제거할 수 있다.
5. 1. 제거 방법
물때는 주성분이 석회(탄산칼슘)이므로 비위생적인 것은 아니다. 물때는 산에 녹는 성질이 있기 때문에, 쌓인 석회 비늘을 제거하는 데는 물에 녹인 구연산이 효과적이다.[7] 르샤틀리에의 원리가 작용하기 때문이다.[7]5. 2. 관리 방법
Limescale영어이라고 불리는 물때는 주로 석회(탄산칼슘) 성분으로, 경수가 증발하면서 칼슘과 마그네슘의 탄산수소염 등이 침전되어 발생한다. 물때는 생성 기원에 따라 성분이 약간 다르지만, 주성분은 석회이므로 비위생적인 것은 아니다.물때는 산에 녹는 성질이 있어, 구연산을 물에 녹여 사용하면 효과적으로 제거할 수 있다.[7] 탄산수소칼슘은 물에 녹지만 70도를 넘으면 물에 잘 녹지 않는 탄산염으로 변하여 침전된다.[8]
경수 속 칼슘 양이온은 비누와 결합하여 금속비누를 만들기도 하는데, 이는 욕조, 싱크대, 배수관 등에 얇은 막 형태로 침전되어 찌꺼기가 된다.
관리 방법
참조
[1]
서적
Water
Wiley–VCH
2006-12-01
[2]
서적
Calcium Carbonate: From the Cretaceous Period Into the 21st Century
https://books.google[...]
Springer
[3]
서적
Canterbury Cathedral's Mystery 'Marble': A Double Imposture Unmasked
[4]
학술지
The Romanesque Cloister in England
https://www.academia[...]
[5]
학술지
Reconstructing the romanesque cloister of Norwich cathedral
Cambridge University Press
[6]
웹사이트
calc-sinter or Onyx Marble
http://www.canterbur[...]
Canterbury Historical & Archaeological Society (CHAS)
[7]
웹사이트
掃除・洗濯の知識講座（１）：「アルカリ性汚れを酸で中和」は間違いです① ～炭酸カルシウムの水垢汚れ～
http://www.detergent[...]
2023-07-01 # 추정 날짜
[8]
웹사이트
Calcium Carbonate
http://www.cranfield[...]
2007-04-19
[9]
웹사이트
やかんの水あかで "食中毒"、水道水に含まれる銅が蓄積。学者「普通は考えられない」
https://www.huffingt[...]
ハフポスト
2020-08-08
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