망간(맹거니즈 Manganese, Mn)의 성질과 이용

• 원자번호：25
• 족：7족(4주기)
• 원자량：54.94
• 밀도：7.21 g·cm^-3
• 각 전자궤도의 전자 수：2, 8, 13, 2
• mp：1,246℃ / bp：2,061℃

회백색의 단단한 금속인 망간(맹거니즈)은 주기율표에서 다음 차례인 철(26번 원소)과 비슷한 모습이며, 화학적 성질도 닮아 습기가 있는 공기 중에서는 쇠처럼 부식(腐蝕)한다. 망간은 자연계에 순수한 상태로 존재하지 않으며 일반적으로 산소와 결합한 이산화망간(MnO₂) 상태로 산출된다. 망간 화합물 역시 성분에 따라 여러 가지 색을 가지고 있어 색소 원료가 된다.

망간 원소는 스웨덴의 화학자 쉴레(Carl Wilhelm Scheele 1742-1786)가 1774년에 발견했다. 그는 망간 외에 몰리브덴, 텅스텐, 바륨 등의 원소를 발견했다. 맹거니즈(manganese)라는 말은 그리스어의 자석(magnee)에서 유래했으며, 이는 이산화망간이 자력을 가졌기 때문이다. 우리말 ‘망간’은 독일어 Mangan에서 따온 것이다.

쉴레는 망간 원소를 발견하였지만, 망간을 최초로 순수하게 분리해낸 과학자는 스웨덴의 화학자 간(Johan Gottlieb Gahn 1745-1818)이었다. 그는 같은 해에 이산화망간을 탄소와 함께 가열하여 순수한 망간을 얻는데 성공했다.

남아프리카, 인도, 브라질, 중국, 오스트레일리아 등지에서 대량 산출되는 질 좋은 망간 광석에는 망간이 40%나 함유되어 있다. 수심 4,000m 이하의 심해 바닥에는 흑갈색의 둥그런 ‘망간 덩어리’(망간 단괴團塊 manganese nodule)가 대량 깔려 있다. 바다 미생물이 해수 속에서 추출한 것이라고 추정되는 이 ‘망간 단괴’는 망간과 산화철로 이루어져 있다. 미래의 천연자원으로 주목되는 망간 단괴는 심해 로봇으로 채굴하게 될 것이다. 해저에 깔린 망간 단괴의 양은 1978년에 약 5천억 톤으로 추정되었다.

망간의 이용

망간은 튼튼한 강철을 만드는데 필수 금속이다. 철에 망간을 섞으면 충격에 매우 강한 강철이 된다. 이런 강철로는 총신이라든가 기차 선로, 기차 바퀴, 공사장의 철모, 중장비 등을 제조한다. 망간은 알루미늄이라든가 마그네슘, 니켈, 청동과 혼합해도 강도가 더 좋으면서 부식에 강한 합금이 된다. 이런 합금으로 동전을 만드는 나라도 있다.

대표적인 망간 화합물 중에는 과망간산칼륨(KMnO₄)이 있다. 이것은 물에 쉽게 녹는 보라색 고체로서, 실험실에서 산성 용액을 구별해낼 때 지시약(指示藥)으로 쓴다. 이를 물에 녹인 용액은 진한 보라색이지만, 산성 용액에 떨어뜨리면 곧 연한 분홍색으로 변하는 성질이 있다.

19세기부터 유리세공사들은 유리에 과망간산칼륨을 혼합하여 아름다운 보랏빛 장식품을 만들었다. 오늘날에는 이것을 도자기의 색소로 이용하기도 한다. 프랑스 남서부의 한 동굴(Gargas)에는 26,000~30,000년 전의 석기시대 인들이 이산화망간으로 그린 녹색 벽화가 남아 있다.

손전등이나 탁상시계에 넣는 일반적인 1.5V나 9V 건전지(아연-탄소 건전지)의 구조를 보면, 중앙에 탄소 막대로 된 양극이 있고, 주변(음극)을 아연 판이 싸고 있다. 그리고 그 내부에는 망간과 다른 화학물질(전해질)이 혼합되어 있다. 건전지 내부에서 화학반응으로 전자(전류)가 발생할 때, 망간은 전해질에서 발생하는 수소를 제거하는 역할을 한다. 수소가 있으면 전자의 이동을 방해하여 건전지 기능이 정지되어버린다. 전 세계에서 건전지에 사용되는 이산화망간의 총량은 매년 50만 톤(가격은 600억 달러 이상)을 넘어 해마다 증가하고 있다.

다양한 용도를 가진 중요한 원소인 망간은 모든 생명체에서 미량 원소로서 중요한 효소 성분이 되어 있다. 포유동물의 경우 너무 많이 섭취하면 뇌에 이상을 일으키는 것으로 알려져 있다.