석회석은 인류의 최대 자원

Science wave | 세상을 보는 과학의 눈 - Science Wave

 

 

석회암(石灰巖 limestone)은

시멘트, 석고, 생석회, 소석회의 성분

 

지구상에 존재하는 모든 석회암은 고대에 살았던 '석회화 생명체'의 유해가 퇴적하여 형성된 것이다(이산화탄소를 감축해주는 석회화 생명체 참조). 두터운 석회암층 틈새로 장기간 지하수가 흐르면 그곳에 신비로운 석회동굴이 형성된다.

 

 

 

석회암층으로 장구한 세월 지하수가 흘러 수로처럼 생긴 굴이 되었다.

 

석회동굴이 형성되는 원인은, 대기 중의 이산화탄소가 수중기(물)와 화합하여 약한 산성을 띤 탄산(炭酸)이 되기 때문이다. 화학식으로 H2CO3로 나타내는 탄산이 용해된 물을 탄산수라 부른다. 인공적으로 이산화탄소를 물에 녹인 진한 농도의 탄산수는 사이다와 같은 음료로 이용된다. 탄산이 포함된 지하수가 석회암 틈새로 흐르면 석회암을 조금씩 녹여 석회동굴울 형성하게 된다.

 

 

시멘트는 석회암으로 제조

​ 

지구상에 존재하는 모든 암석의 10%는 석회암이다. 석회암은 색이 곱고 단단함의 정도(경도硬度)가 부드러워 다른 암석에 비해 가공하기 쉽다. 그래서 고대의 인류는 석회암을 잘라내어 피라미드를 세우고, 높은 건물과 성곽을 건축했다. 또한 석회암 중에 좀더 단단하고 색이 아름다운 것은 대리석이라 하여 장식 건축물과 조각에 이용해왔다.

 

 

 

석회암층에서 건축에 사용할 석회암 블록을 기계로 반듯하게 잘라내고 있다. 

 

​현대에 와서 석회암의 대표적 용도는 건축에 사용하는 시멘트일 것이다. 인류가 석회암으로 시멘트를 제조하게 된 역사는 200년도 안 된다. 시멘트의 본명(本名)은 ‘포틀랜드 시멘트’(Portland cement)이다. 포틀랜드 시멘트는 1824년에 영국의 포틀랜드 섬에서 발견된 석회석 이름에서 유래한 것이다. 시멘트는 석회석에 모래, 진흙, 석고를 혼합하여 제조한다. 여기에 모래를 섞고 물을 부어 반죽해두면 바위처럼 단단하게 굳어진다. 이를 콘크리트라 한다.

​

​생석회와 소석회

 

석회석을 섭씨 550도 이상으로 가열하면 산화칼슘(CaO)과 이산화탄소로 분리된다. 이때 나온 산화칼슘은 백색의 고체이며, 일반적으로 ‘생석회’(生石灰)라 부른다. 생석회는 수분을 잘 흡수하므로 제습제(건조제)로 이용되기도 한다. 생석회를 고온으로 가열하면 강열한 청백색 빛이 난다. 19세기에는 이 빛(‘석회광’)으로 무대를 조명하는데 이용하기도 했다. 오늘날 생석회는 철광을 재련할 때 가장 중요하게 쓰인다. 철광석과 생석회를 용광로에 넣고 가열하면, 생석회(산화칼슘)는 철광의 불순물과 결합하여 철만 남기고 용광로 아래로 흘러나온다.

 

생석회를 물에 넣으면 수산화칼슘[Ca(OH)2]이 되는데, 이는 물에 잘 녹지 않는 흰색 고체이며 ‘소석회’(消石灰)라 한다. 소석회는 수용액 중에서 OH－를 방출하는 약한 알칼리성 화합물이므로, 산성토양을 중화시킬 때 많이 사용하며, 센물을 단물로 바꿀 때도 쓴다. 소석회(수산화칼슘)를 모래와 물과 함께 갠 것(모르타르 mortar)을 건조시키면 단단한 탄산칼슘 결정이 된다. '모르타르'란 수산화칼슘이 공기 중의 이산화탄소와 결합하여 매우 단단한 상태로 변한 것이다. 모르타르는 벽돌을 서로 붙일 때 사용하는데, 고대 로마 때부터 건축과 도로 공사에 이용해 왔다.

 

 

이산화탄소를 감축해주는 석회화 생명체