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[케뉴-원소 이야기] 철강 생산과 노화예방, 망간(Mn)
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[케뉴-원소 이야기] 철강 생산과 노화예방, 망간(Mn)
  • 김민철 기자
  • 승인 2021.01.25 10:41
  • 댓글 0
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망간, 원소기호 Mn과 원자 번호 25
생산되는 망간 90%가 철강 생산에 사용
골격 구조 형성 관여, 노화 예방...항산화 물질 관여

화학의 가장 기본적인 원소와 우리 생활과의 연관된 이야기들로 독자 여러분들을 찾아가려고 합니다. 원소의 개수가 118개라고 하니 앞으로 다양한 이야기들을 기대해주세요. [편집자주]

지각의 원소 중 12번째로 풍부하고, 인체에는 노화 예방과 관련 있다는 망간에 대해서 알아본다. 망간(Manganese)은 원소기호 Mn과 원자 번호 25를 가진 화학원소다. 

주기율표에서 망간(Manganese, Mn) /PubChem 갈무리

국제순수·응용화학연합(IUPAC)에 따르면 1774년 스웨덴의 약사 겸 화학자 칼-윌헴 쉴르가 발견했고, 같은 해 스웨덴의 화학자 요한 고틀립 간이 처음으로 금속을 분리했다. 

칼-윌헴 쉴르가 원소로 제안한 망간은 요한 고틀립 간이 그 해 말에 목탄이 있는 상태에서 광물성 이산화물(파이롤루사이트(Pyrolusite)·이산화망간(MnO2))을 가열해 발견했다. 오늘날 대부분의 망간은 여전히 이산화망간에서 얻어지지만 일반적으로 분말 알루미늄으로 용광고에서 연소되거나 황산(H2SO4)으로 처리되어 황산망간(MnSO4)을 형성한 다음 전기 분해된다. 

망간이라는 이름은 라틴어 magnis, 자석에서 pyfolusite의 자기 특성에서 유래했다.

광택이 나는 은색 금속의 거친 조각, 망간 /사진=토미앙도르프

망간의 특징과 용도

망간은 회백색이고 철과 비슷하지만 더 단단하고 잘 부서지기 쉽다. 미국 에너지부에 따르면 망간 금속은 화학적으로 반응하고 냉수에서 천천히 분해된다. 천연자원으로 망간을 함유한 광물은 100종류 이상으로 알려져 있으나, 상업성이 있는 것은 12종류 이하라고 한다. 망간은 많은 중요한 합금을 형성하는 데 사용되고 강도, 강성, 내마모성, 경도와 함께 강철의 압연 및 단조 품질을 향상시킨다. 

알루미늄과 안티몬, 소량의 구리와 함께 높은 강자성 합금을 형성한다. 망간 금속은 특수 처리 후에만 강자성을 띤다. 순수 금속은 네 가지 이항성 형태로 존재한다. 알파 형태는 보통 온도에서 안정적이며, 보통 온도에서 알파로 변하는 감마망간은 유연하며 부드러우며 잘리고 구부러질 수 있다.

망간은 대표적인 철강재의 첨가원료로, 제련 시 탈황 및 탈산작용, 철강 제품의 강도 등 물리적 특성을 보완해주는 역할 /국가통합자원관리시스템

매년 생산되는 모든 망간의 거의 90%가 철강 생산에 사용되는데, 망간은 용강에 첨가되어 산소화 황을 제거하고 강철과 합금되어 성형 및 작업이 용이하며 강철의 강도와 내 충격성을 향상시킨다. 철도 트랙은 1.2%의 망간을 포함하는 강철로 만들어지며, 유리에 자수정 색상을 부여하는 데 사용된다. 

가장 흔한 망간 화합물인 이산화망간(MnO2)은 지각의 약 0.14%를 차지한다. 수소 생성을 방지하고 철 오염물질로 유리의 녹색을 제거하기 위해 건전지에 사용되며 이산화물은 건식 전지에서 탈분극제로 사용되며 철 불순문에 의해 녹색으로 착색된 유리를 탈색하는 데 사용된다. 망간은 그 자체로 유리를 자수정색으로 칠하고 진정한 자수정의 색을 담당한다. 

시코쿠 지역의 망간 광석 사진 /'일본 부착 벨트의 망간 형성' 논문 갈무리

또 이산화물은 산소와 염소의 흑색 페인트 건조에도 사용되어 검은색 페인트의 건조제로 사용된다. 과망간산염은 강력한 산화제이며 정량 분석 및 의약에도 사용된다. 황산망간(MnSO4)은 감귤 작물의 식물 성장을 촉진하기 위해 토양에 첨가되며, 우수한 환원제이며, 과망간산 칼륨은 소독제, 정수기 및 방부제로 많이 사용된다.

망간은 동물계 전역에 널리 분포되어 있고 중요한 미량 원소이며, 비타민B1의 활용에 필수적이라고 알려져 있다. 망간 광물은 산화물, 규산염, 탄산염이 가장 일반적이고 많은 양의 망간 결절이 해저에서 발견되며 망간 공급원이 될 수 있다. 이 결절에는 약 24%의 망간이 포함되어 있다.

오늘날 대부분의 망간은 러시아, 브라질, 호주, 남아프리카, 가봉, 인도에서 발견되는 광석에서 얻는다. 국가통합자원관리시스템에 따르면 망간광은 국내에서 생산되지 않아 전량 해외 물량에 의존하고 주로 호주, 남아공 등에서 수입되고 있다.

망간단괴가 분포되어 있는 태평양 광구해역과 바닥에서 채취한 망간 결절 /해양수산부

'바닷속 검은 황금'으로 불리는 망간단괴는 해수 및 퇴적물에 있는 금속 성분이 해저 면에서 물리 화학작용으로 침전되어 형성되는 다금속 산화물로 감자 모양으로 심해저에 분포되어 있다. 함유된 금속에는 망간이 가장 많고 철, 니켈, 구리, 코발트 등 약 40여종이다. 

2016년 해양수산부는 파이프를 이용해 깊은 바닷속에서 채집된 망간단괴를 수면 위로 끌어올리는 이송시스템의 해상 실증시험을 세계 최초로 성공시켰다고 밝힌 바 있다.

망간의 인체 영향

망간은 골격 구조를 형성하는 데 관여하고 노화를 예방하는데 항산화 물질을 만드는데도 관여한다. 

삼성서울병원에 따르면 뼈와 관련된 대표적인 영양소는 칼슘이 있지만, 이외에도 망간과 같은 미량 무기질이 골밀도와 관련이 있다는 연구가 보고되고 있고, 골다공증 환자를 대상으로 한 연구에서 골다공증 환자의 경우 혈액 내 망간 농도가 감소하고 보충제로 칼슘과 망간을 함께 투여했을 때 골밀도가 개선되었다고 한다. 

이것은 망간이 뼈와 연골조직을 만드는 구성 성분이기 때문이며, 건강한 뼈를 위해서는 망간이 부족하지 않도록 해야 한다. 

망간은 우리 몸에서 세포에 상처를 입히고 노화와 암을 일으키는 활성산소를 제거하는 항산화 효소를 만드는데 필요한 영양소다. 산소 중 대사과정을 통해 유독 물질로 변한 것이 활성산소인데 이것은 세포에 상처를 입혀 노화를 일으키고 세포 핵에 있는 DNA를 공격해 세포의 돌연변이와 암을 유발한다. 활성산소로 인해 발생하는 질병들을 예방하는데, 망간의 중요성이 대두되고 있다. 

망간이 풍부한 식품

식품 1회 섭취 분량당 망간 함량과 하루 권장량에 대한 섭취비율 /삼성서울병원 갈무리

하루 권장 망간 섭취량은 3.5~4.0mg이며 과잉 섭취 시에는 독성이 있어 최대 11mg을 초과해 섭취하지 않는다. 식품을 통해 섭취한 망간은 1~3%만 흡수되고 식이섬유, 옥살산, 피트산은 망간의 흡수율을 감소시키기 때문에 규칙적인 식사를 통해 망간을 충분히 섭취해야 한다. 

망간은 푸른 잎채소와 곡류, 견과류에 풍부하며, 매끼 다양한 곡류가 들어있는 밥과 함께 푸른 잎채소 반찬 1~2접시 섭취하고 간식으로 견과류 한 움큼 정도 섭취하는 게 권장된다. 자주 현기증을 일으키는 사람은 식사를 통해서 보다 많은 망간을 섭취하는 것이 좋다.

[케미컬뉴스=김민철 기자]


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