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[앵커]수소는 가장 가벼우면서 질량 기준으로 우주의 75%를 구성하고 있는 가장 흔한 원소인데요.과거 수소의 발견은 화학과 물리학 발전의 토대가 됐고, 현재는 경제 성장의 새로운 원동력이 되고 있습니다.
수소는 어떻게 발견됐고, 현재는 어디에서 활용되고 있을까요? 지금 바로 화면으로 만나보시죠.
[이효종 / 과학유튜버]안녕하세요! 과학의 모든 궁금증을 해결하는 궁금한 S의 이효종입니다.
궁금한 S와 함께할 오늘의 이야기 만나볼게요.
여러분은 수소에 대해 얼마나 알고 계시나요? 우주에서 가장 존재량이 많다! 모든 물질 가운데 가장 가벼운 기체 원소다, 화석연료를 대체할 차세대 에너지원으로 주목받고 있다! 뭐 이런 다양한 지식이 있죠? 그런데 수소는 알고 보면 더 놀랍고 신비한 일을 할 수 있답니다.
물질의 변화를 들여다볼 때 과학에서는 보통 두 가지의 변화를 이야기합니다.
하나는 물리적 변화, 그리고 다른 하나는 화학적 변화이죠. 물리변화는 모양이나 상태만 변하는, 말 그대로 물리적으로 부수고 깨는 형태의 변화를 말하고, 화학변화는 모양과 함께 물질의 결합상태가 변해, 성질까지 변하는 것을 말하죠.
그래서 화학변화가 일어날 경우 기존의 물질과는 다른 성질의 물질이 반응 중 등장해, 냄새가 나는 기체가 발생하거나, 색이 변하거나 하는 현상들이 발생합니다. 오늘 보여드릴 이 실험도, 그러한 화학적 변화 중 하나이지요.
자, 그럼 간단한 실험재료를 소개해드릴게요. 아주 작은 비커 두 개와 마그네슘 조각, 묽은 염산 용액이 있습니다. 이 염산은 10% 정도의 염화수소가 잘 용해된 용액입니다.
이 염화수소가 물속에 들어가면 수소이온을 굉장히 많이 방출하게 되는데, 수소이온의 농도가 높을수록 산성의 성질이 강하다는 걸 우리는 잘 알고 있습니다. 아시다시피 염산은 매우 강한 산성이죠? 이렇게 비커 속에 마그네슘 조각 조금이랑 염산을 조금 넣으면 어떤 일이 일어날까요?
보이세요? 무언가 보글보글 끓는 격렬한 반응이 일어났는데요. 그런데 자세히 보니까 마그네슘 조각이 사라졌습니다. 대체 이 안에서 무슨 일이 일어난 것일까요?
이번에는 보글보글 올라오는 기체를 좀 더 명확하게 보기 위해서 삼각 플라스크와 고무풍선을 준비했습니다. 먼저, 묽은 염산을 삼각 플라스크 속에 넣어줍니다. 다음으로 이 마그네슘 조각을 고무풍선 안에 집어넣은 다음에 고무풍선을 삼각플라스크 위에 씌워서 안쪽으로 마그네슘 조각이 들어갈 수 있도록 해줄게요.
마그네슘 조각들이 묽은 염산에 들어가자마자 보글보글 거품이 끓으며 격렬한 반응이 일어나는 것을 알 수 있죠? 이때 발생하는 기체를 고무풍선에 모아보겠습니다. 바로 이 고무풍선 안에 모여 있는 기체가, 수소입니다.
이런 신기한 반응이 일어나는 이유는 무엇일까요? 묽은 염산 속에는 정말 많은 수소이온이 존재하는데요. 이 이온들이 마그네슘 금속을 산화시키면서 즉, 금속의 전자를 빼앗아오면서 자신은 수소 기체가 되는 격렬한 산화-환원 반응이 일어나는 것입니다. 격렬한 산화-환원 반응 때문에 이 플라스크는 매우 뜨거운 온도를 가지고 있어요.
이렇듯 우리는 수소 기체가 산화-환원 반응을 통해 일어난다는 사실을 잘 알고 있지만, 이러한 지식체계가 없었던, 과거의 과학자들은 이 수소를 어떻게 발견할 수 있었을까요?
수소를 최초로 발견한 것으로 추정되는 인물은 16세기 무렵에 활동했던 생물학자이자 연금술사, 파라켈수스입니다. 그는 앞서 행했던 실험과 마찬가지로 독성물질을 연구하던 중 금속에 산성 물질을 넣는 실험을…
[YTN 사이언스 기사원문] https://science.ytn.co.kr/program/program_view.php?s_mcd=0082\u0026s_hcd=0022\u0026key=202002141658097222
수소 의 쓰임새 주제에 대한 자세한 내용은 여기를 참조하세요.
수소의 성질 🙂 수소의 쓰임새는? – 네이버 블로그
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주제에 대한 기사 평가 수소 의 쓰임새
- Author: YTN 사이언스 투데이
- Views: 조회수 18,173회
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- Date Published: 2020. 2. 14.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=DRiaVU1x0jQ
수소의 성질 🙂 수소의 쓰임새는?
오늘은 수소의 성질과 쓰임새에 대해서 알아보려고 합니다.
수소라는 것은 우리가 일상생활에서 잘 접하지 못하는 기체 중 하나입니다.
산소, 이산화탄소와 같은 기체는 생물이 숨을 쉴 때 나오지만
수소는 그렇지 않으니까요 🙂
수소의 성질부터 알아볼까요?
수소의 성질과 쓰임새 무엇?
수소의 성질과 쓰임새 무엇?
요즘 취직하기가 참 어려운데요.
특히 문과생은 문송합니다
라는 신조어처럼 정말 취업하기 힘든거 같습니다.
저도 문과 출신인데요.
그래서 과학에 대해서는 문외아 입니다.
수소는 주기율표에서 첫 번째 자리를 차지하고 있고, 가장 가벼운 원소입니다.
우주 질량의 약 75%를 차지하는 가장 풍부한 원소이기도 한데요.
수소의 가장 큰 쓰임새라고 하면 물을 만드는 원소라는 건데요.
그래도 과학에 대해서 잘 알지 못하니 수소의 성질과 쓰임새를
더욱더 자세히 한번 알아보도록 하겠습니다.
수소는 지구상에 존재하는 가장 가벼운 원소로 무색, 무미, 무취의 기체입니다.
수소는 연소하더라도 공해 물질을 내뿜지 않아 석탄, 석유를 대체할
무공해 에너지원으로써 중시되고 있습니다.
수소의 용도는 암모니아, 염산, 메탈올 등의 합성에 대량으로 사용됩니다.
기름을 경화시키기 위한 수소 첨가, 액체연료의 제조,
산소수소불꽃으로 금속의 절단과 용접, 백금·석영 등의 세공 등에 사용됩니다.
액체수소는 끓는점이 아주 낮기 때문에 냉각제로 사용되기도 합니다.
수소 기체는 연소 후 물이 생성될 뿐 오염물질이 만들어지지 않아
무공해연료로 각광을 받고 있습니다.
그러나 저장과 운반이 매우 어렵고 폭발의 위험이 있어
이를 해결하기 위한 연구가 활발히 진행중에 있습니다.
이상으로 수소의 성질과 쓰임새에 대해 알아보았습니다.
다음에 더욱 더 유용한 정보 가지고 찾아올께요.
수소의 성질과 쓰임새
수소란 무엇인가
수소는 주기율표 중에서 가장 첫 번째 화학 원소로, 원소 기호는 H이다. 원자 번호는 ‘1’이다. 수소 원자는 가장 흔하며 가벼우며, 색이 없는 원자이다. 1족 원소로서는 유일한 금소가 아닌 원소다. 동위원소로는 중수소와 삼중수소가 있다.
수소(水素)라는 이름은 풀면 ‘물의 재료’로, 독일어 Wasserstoff에서 했고, 영어로도 Hydrogen, hydro(물)을 만든다는 뜻을 가지고 있다. 질량 기준으로 우주의 75%를 구성할 만큼 많은 비중을 차지하며, 두 개의 수소 원자가 산소 원자와 결합해 물을 구성하는 원소이다.
두 개의 수소 원자로 수소 기체를 이루게 되면, 급격히 불에 타는 가연성을 가진 연료가 되며, 양이온의 형태로 있게 되면 금속을 부식시킬 수 있는 산성 용액의 특징을 가지고 있다. 실험실에서 수소의 존재를 파악하는 가장 흔한 방법은 수소를 성냥불에 대어봐서 “퍽!” 하고 소리를 내여 가연하게 된다면 수소가 있음을 쉽게 파악할 수 있다고 한다.
16세기 연금술사 파라켈수스는 금속이 산에 의해 녹을 때 특정 기체가 생겨나는 사실을 발견했다. 이 연금 술사가 그 기체를 수소라고 맨 처음 말했다. 그때 당시에는 수소가 일산화탄소와 같은 다른 가연성 기체와 혼동되었으나, 시간이 지난 1766년에 헨리 캐번디시란 사람이 수소가 다른 가연성 기체와 다르다는 것을 증명한다. 그로부터 10년 뒤인 1776년 월타이어가 수소가 연소할 때 물을 만든다는 것을 발견하고, 몇 년 후 라부아지에는 이 기체를 수소라고 이름 지었다.
수소는 현재 주기율표에서 가장 바깥쪽 껍질에 전자를 하나 가진 리튬 위에 배열한다. 하지만 수소는 금속원자가 아니고, 되려 할로겐 원소와 성질이 비슷하기 때문에 IUPAC에서는 수소를 17족으로 옮겨야 한다고 주장하고 있다.
수소의 쓰임
석유화학공업에 관련된 각종 수소화반응(분해·이성질체화·탈황 등), 염화수소나 촉매 등의 제조, 연료전지, 산소수소불꽃에 의한 금속의 용접·절단 등에 이용되며 액체수소는 저온실험용 냉각제로 사용된다. 이들 중에서 가장 주목 받고 있는 것은 연료로 사용될 가능성이 있다는 점이다. 현재에는 수소의 에너지 제어가 어렵고 개발에 비용이 발생되는 연구단계이지만, 일반용 연료로 상용화 되는 개발과 노력을 해 나가고 있다.
전기차의 아버지 테슬라는 수소 전지차를 만드는 일을 “극도로 어리석은 선택” 이라고 지칭한 바 있지만, 현재 현대차에서는 ‘수소차’ 투자 개발로 친환경적인 차량 개발을 하고 있는 중이라 한다. 하지만 이런 것 이외에도 전자제품이나 반도체 제조 공정에도 사용되고, 유리공업과 전기공업에도 수소는 이롭게 사용되고 있다. 훗날 현대가 친환경적인 자동차로 수소를 연료로 하는 차를 내구성있게 만든다면, 다른 타회사보다 차별화된 경쟁력을 가지게 될 것이라 예상해본다.
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위키백과, 우리 모두의 백과사전
수소(水素, 영어: Hydrogen 하이드러전[*] )는 주기율표의 가장 첫 번째(1족 1주기) 화학 원소로, 원소 기호는 H(←라틴어: Hydrogenium 히드로게니움[*] ), 원자 번호는 1이다. 표준 원자량은 1.008로, 질량 기준으로 우주의 75%를 구성하고있는 우주에서 가장 흔한 원소이기도 하다[6]. 순물질은 실온에서 기체상태의 H 2 로 존재하며, 1족 원소 중에서 유일한 비금속 원소이다. 동위원소로는 중수소(2H)와 삼중수소(3H)가 일반적으로 알려져 있으나 질량수 7까지의 수소 동위원소가 보고되었다. 양성자이다.
수소 스펙트럼 테스트
수소(水素)라는 이름의 어원은 ‘물을 만들다’의 독일어 Wasserstoff에서 유래하였다. 영어로도 Hydrogen은 라틴어의 Hydro(물)와 비금속 원소의 접미사 -gen(만들다)이 합쳐진 뜻을 가지고있다. 프랑스어 hydrogène 역시 라부아지에가 1783년 ‘물을 생성한다.’의 의미로 명명하였다.
화학적 성질 [ 편집 ]
족의 분류 [ 편집 ]
수소는 현재 주기율표에서 가장 바깥쪽 껍질에 전자를 하나 가진 리튬 위에 배열한다. 하지만 수소는 사실상 알칼리 금속들이 위치해있는 1족 원소치고는 화학적 성질이 할로젠 원소들과 여러면에서 더 비슷하기 때문에, IUPAC에서는 수소를 17족으로 옮겨야 한다고 주장하기도 한다.
우주 왕복선 의 주 엔진은 수소와 산소를 이용하여 연소한다. 특히, 추진력이 최대일 때, 거의 보이지 않는 불꽃을 낸다.
연소 [ 편집 ]
급격히 불에 타는 가연성 연료이다. 수소가 연소할 때에는 폭발음과 함께 무색의 불꽃을 내며 타는데, 이때 수소와 산소가 반응하여 물 분자가 형성된다.
2H 2 (g) + O 2 (g) → 2H 2 O(l) + 572kJ(반응열, 286 kJ/mol)[7]
수소 기체는 공기 중에서는 4~74%의 농도, 염소 화합물에는 5~95%의 농도일 때 강한 폭발성을 띈다. 혼합물은 자연스레 불꽃, 열 또는 태양광에 의해 폭발하며, 자연발화 온도는 대략 500° C이다.[8] 순수한 수소-산소 불꽃은 자외선과 맨눈으로는 거의 볼 수 없는 매우 밝은 빛을 방출한다. 때문에 수소 가스의 누출을 감지하기 위해서는 불꽃 감지기가 필요하다.
또한 수소는 공기보다 가볍기 때문에 비행선을 띄우는 데 적합한 재료로 사용되었지만, 1937년 연료 탱크에서 누출된 수소 가스가 폭발하여 발생한 힌덴부르크 참사 이후로 현재 많은 나라에서 풍선이나 비행선에 수소를 채우는 것을 법적으로 금지하고 있다.
사건 당시 힌덴부르크 호에 탑승했던 승객중 3분의 2는 화재로부터 목숨을 건졌지만, 나머지는 비행선에서 추락하거나 연료가 점화되어 사망했다.[9]
산으로서의 작용 [ 편집 ]
단일 수소 원자가 전자 하나를 버리고 양이온(양성자)의 형태로 존재하면 금속을 부식시키는 등 산성 용액의 특징을 나타내는 주요한 원인이 되기도 하며, 상온에서 염소나 플루오린과 반응하여 염화 수소나 플루오린화 수소 등의 부식성 기체를 형성한다.[10]
전자의 배치에 따라 오르토 수소나 파라 수소를 형성한다. 전자가 수소 분자의 바깥을 향하면 오르토 수소이다. 비교적 전환 속도가 느리므로 서로 구분할 수 있으며, 상온에서는 오르토 수소와 파라 수소가 3:1 정도의 비율로 존재한다.
동위원소 [ 편집 ]
수소에는 세 개의 자연에서 발견되는 동위원소(1H, 2H, 3H)가 있다. 다른 매우 불안정한 동위원소들은 실험실에서 합성된 적이 있으나(4H,5H,6H,7H),자연에서는 발견되지 않는다.[11][12]
1H는 자연에서 발견되는 수소 중 99.98%를 차지하는 가장 흔한 동위원소로 원자핵이 양성자 단 하나로 이루어져 있어 경수소라는 형식적 이름을 가지나 이 이름은 잘 사용되지 않는다.[13] 중수소와 구분하기 위해 Protium이라는 이름으로 불리기도 한다.
2H는 다른 안정한 동위원소로 중수소라고 불리며, 원자핵이 양성자 하나와 중성자 하나로 이루어져 있다. 모든 중수소는 대폭발 때 생겨나 지금까지 남아 있는 것으로 여겨진다. 중수소는 방사성을 띠지 않으며 독성 위험도 크지 않다. 중수소와 그 화합물은 화학 실험에서 방사능을 띠지 않는 표지나 1H-NMR 분광법의 용매로 사용되며[14], 상업적 핵융합의 잠재적 연료이기도 하다.[15]
특히 중수소가 많이 포함된 물을 중수라고 부르며, 중성자 감속재나 원자로 용매로 사용된다.
3H는 삼중수소라고 불리며, 원자핵이 양성자 하나와 중성자 두 개로 이루어져 있다. 삼중수소는 방사성을 띠어 12.32년의 반감기를 갖는 베타 붕괴를 통해 3He로 붕괴된다. 적은 양의 삼중수소가 우주선과 대기의 상호작용으로 생겨나 자연에 존재한다. 삼중수소는 핵무기 실험에서 방출되기도 한다.[16] 삼중수소는 핵융합 반응에 사용되거나[17] 동위원소 지구화학에서 추적자로 사용된다.[18]
수소는 각 동위원소의 다른 이름이 흔히 사용되는 유일한 원소이다. D와 T라는 표기가 2H와 3H 대신 중수소와 삼중수소를 나타내는 데 사용되기도 한다.[19] 여전히 2H, 3H를 권장하지만 IUPAC도 D와 T를 인정하고 있다[20] 방사능의 초기 연구에서, 많은 방사성 동위원소가 이름 지어졌으나 수소 이외에는 더 이상 사용하지 않는다.
역사 [ 편집 ]
발견과 사용 [ 편집 ]
16세기의 연금술사 파라켈수스는 금속이 산에 녹을 때 어떤 기체가 발생한다는 사실을 발견하여 그 기체를 수소라고 맨 처음 언급하였다. 그 당시에는 수소가 일산화탄소와 같은 다른 가연성 기체와 혼동되었으나, 1766년 헨리 캐번디시는 수소가 다른 가연성 기체와 다르다는 것을 증명한다. 1776년 월타이어는 수소가 연소할 때 물을 만든다는 것을 발견하고, 몇 년 후 라부아지에는 이 기체를 수소라고 명명하였다.
수소 기체는 파라셀수스가 금속과 강산을 섞어 처음 만들었다.[21] 그는 이 화학 반응으로 만들어지는 가연성 기체가 새로운 화학 원소임을 알지 못했다. 1671년, 로버트 보일이 수소 기체가 발생하는 반응인 철가루와 묽은 산 용액 간의 반응을 재발견하고 기술하였다.[22]
수소 기체를 개별적인 물질로 처음 인식한 것은 헨리 캐번디시였다. 그는 1766년 금속-산 반응에서 나오는 기체를 “인화성 공기”로 확인했고,1781년에는 그 기체를 연소시키면 물이 생김을 발견했다. 헨리 캐번디시는 보통 수소의 발견자로 인정받는다.[23][24] 그 뒤 1783년에 앙투안 라부아지에가 피에르시몽 라플라스와 함께 수소가 연소되면 물이 생긴다는 캐번디시의 발견을 재현한 뒤 원소에 수소라는 이름을 붙였다.[24]
수소는 제임스 듀어에 의해 재생식 냉각법과 그의 발명품인 진공 보온병을 이용해 1898년 처음 액화되었다.[24] 그는 그 다음 해에 고체 수소도 만들었다.[24]
중수소는 헤롤드 유리가 1931년 12월에 발견했고, 삼중수소는 어니스트 러더퍼드, 마크 올리펀트, 파울 하르텍이 1934년 만들었다.[23] 물 분자에서 보통 수소의 자리가 중수소로 대체된 중수는 1932년 헤롤드 유리의 그룹이 발견하였다.[24] 에드워드 다니엘 클라크는 1819년에 수소 기체 취관을 발명했다. 1823년에는 되베라이너 등과 석회광이 발명되었다.[24]
수소 충전 풍선은 자크 알렉상드르 세사르 샤를이 1783년에 처음 발명하였다.[24] 앙리 지파르가 수소를 이용해 뜨는 비행선을 1852년에 발명하면서 수소가 항공 교통 수단이 공중에 뜨는 수단을 제공하기 시작했다.[24] 그 뒤 독일의 페르디난트 폰 체펠린 백작이 수소를 충전하여 공중에 뜨는 경식 비행선의 아이디어를 발전시켰다. 이 비행선은 나중에 체펠린 비행선으로 불리게 되었으며, 1900년에 처음 비행했고, 1910년에는 규칙적으로 비행하게 되었다. 1914년 8월에 제1차 세계대전이 발발할 때까지 체펠린 비행선은 중대한 사고 없이 3만5천 명의 탑승객을 운반했다. 전쟁 도중에 수소로 뜨는 비행선들은 관찰대나 폭격기로 이용되었다.
첫 무착륙 대서양 횡단은 1919년 영국 비행선 R34가 이루었다. 정기적인 여객 서비스가 1920년대에 재개되었고, 미국에서의 헬륨의 발견은 비행선에 더 큰 안전성을 보장했으나, 미국 정부는 비행선에 사용할 목적으로 쓰이는 헬륨을 파는 것을 거부했다. 그래서 LZ 129 힌덴부르크에는 수소가 사용되었고, 힌덴부르크는 1937년 5월 6일에 비행 도중의 화재로 파괴되었다.[24] 이 사고는 라디오로 생방송되었다. 새어나온 수소에 불이 붙어 화재가 발생했다고 여겨졌으나, 수사 결과 알루미늄 섬유의 정전기 때문에 불이 났다고 밝혔다. 하지만 수소의 비행선에의 사용은 이 사건으로 막을 내렸다. 현재 비행선에는 거의 헬륨을 사용하고 있다.
니켈-수소 전지는 1977년 미 해군의 NTS-2에 처음 사용되었고,[25] 국제 우주 정거장[26]과 마스 오디세이[27], 마스 글로벌 서베이어[28] 에도 장착되었다. 수소는 공기보다 가벼워 한때 풍선속 공기로 활용되었지만 위험성이 알려지며 지금은 헬륨으로 대체되고 있지만 수소가 싸다는 이유로 일부 상인은 불법으로 풍선에 수소를 넣고 있는데 이는 아직까지도 논란과 파문이 되고 있다.
양자 이론에서의 역할 [ 편집 ]
가시광선 영역에서의 수소 방출 스펙트럼 선을 나타낸 그림이다. 발머 계열 에 속하는 네 개의 선을 볼 수 있다. 왼쪽부터 410 nm, 434 nm, 486 nm, 656 nm의 빛이 수소 방출 스펙트럼을 구성하고 있다.
양성자 하나와 전자 하나만으로 구성되는 비교적 간단한 원자 구조 때문에, 수소 원자와 수소 원자가 내는 스펙트럼은 원자 구조 이론의 발전에 중심이 되어 왔다.[29] 게다가 그에 따르는 수소 분자와 그 양이온 H 2 +의 간단함은 화학 결합의 본질에 대해 더 완전히 이해할 수 있도록 해 주었다. 이 간단함으로 인해 수소 양이온과 수소 분자 양이온에 대해 슈뢰딩거 방정식의 완전해를 구할 수 있다.
뚜렷하게 관찰된 양자적 효과 중 하나는 양자역학 이론이 완전히 정립되기 반세기 이전에 이루어진 수소에 대한 맥스웰의 관찰이다. 맥스웰은 수소 분자의 비열용량이 상온에서는 이원자 분자의 비열용량 경향을 따르고 극저온으로 내려가면 단원자 분자의 비열용량 경향과 비슷해지는 설명할 수 없는 현상을 관찰했다. 양자역학에 따르면, 이 현상은 양자화된 회전 에너지 수준 사이의 차이가 수소의 낮은 질량 때문에 매우 커지기 때문이다. 이런 에너지 수준 간의 큰 차이가 낮은 온도에서 같은 양의 열 에너지가 회전 운동으로 바뀌는 것을 막는다. 한편 더 무거운 원자로 구성된 이원자 분자에서는 에너지 수준 간의 차이가 크지 않기 때문에 이런 효과가 나타나지 않는다.[30]
생물학적 반응 [ 편집 ]
H 2 는 혐기성 생물이 하는 물질 대사의 결과물로써 수소화효소라고 부르는 철 혹은 니켈이 포함된 효소의 촉매 반응을 하는 미생물이 생성하기도 한다. 이 효소는 H 2 와 그 구성 물질인 두 개의 양성자와 두 개의 전자 간에 이루어지는 역[[산화·환원 이런 생물들 중에는 엽록체 내의 특별한 수소화 효소가 작용하여 양성자와 전자가 기체 수소로 환원되도록 진화한 개체도 있다. 대표적으로 클라미도모나스 레인하드티, 남조류가 있다.[31] 산소가 존재하는 경우에도 효율적으로 H 2 를 합성하는 남조류의 수산화효소를 유전자적으로 변화시키기 위한 노력은 지금도 진행되고 있으며,[32] 생물반응기 내의 유전자 조작 조류에 대한 연구도 진행되고 있다.[33]
안전과 주의사항 [ 편집 ]
수소는 공기와 혼합되었을 때 폭발과 함께 화재를 동반할 수 있다.[34] 하지만, 수소는 원자번호 1번, 즉 공기보다 14배 가벼운 기체이기 때문에 공기중에 누출시에 매우 급속도로 확산되며, 점화 온도(약 500°C)가 높아 자연적 발화 자체가 극히 낮다.[35][36] 액체 수소 (영하 253도 이하에서 액체화)는 극저온 유체로써 기체수소에 비해 부피기준 1/800 수준이기 때문에 약 10배 이상의 수소효율성이 예상된다. 액체상태의 수소를 직접 피부와 접촉하면 동상에 걸릴 수 있으나[37] 일반인이 직접 접촉하게 되는 경우는 매우 드물다. 수소는 또한 금속재료에 흡수되어 수취화(Hydrogen Embrittlement , 水素脆化)하는 특성이 있기 때문에, 어딘가 수소가 누출되면 수소 취성이 일어나거나,[38] 균열이 가거나, 심할 경우에는 폭발할 가능성도 있다.[39] 외부 공기와 접촉하게 된 수소 기체는 산소 등이 존재할 경우 폭발할 수 있는데 이 때 일어난 화재의 경우 매우 뜨겁고, 거의 보이지도 않아 우연치 않게 화상을 입을 수도 있다.[40]
용도 [ 편집 ]
전자제품, 반도체 제조공정에 사용된다.
삼중수소는 금속 물질을 안정화시키는 물질로,비정형 실리콘과 비정형의 탄소의 깨진 (“dangling”)결합의 안정화와 금속 적합성을 늘리는데 사용된다. 그리고 이것은 특정 경우에서 전자쌍을 주는 물질로서 다양한 산화 금속 (ZnO, SnO 2 , CdO, MgO, ZrO 2 , HfO 2 , La 2 O 3 , Y 2 O 3 , TiO 2 , SrTiO 3 , LaAlO 3 , SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrSiO 4 , HfSiO 4 ,SrZrO 3 )에게 전자쌍을 내어준다.
전기공업, 유리공업에 사용된다.
로켓, 잠수함 추진제에 사용된다.
제철소, 철 구조물, 알루미늄 용접에 사용된다.
태양열 발전기에 사용된다.
수소연료자동차로도 사용된다.
광섬유, 조명공업에 사용된다.
수소연료전지에 사용된다.
항공기 부품검사에 사용한다.
핵무기에 사용된다.
같이 보기 [ 편집 ]
각주 [ 편집 ]
수소의 성질과 쓰임새를 확인하자!
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수소의 성질과 쓰임새를 확인해볼까요?!수소는 주기율표 중에 가장 첫번째 화학 원소로 원소 기호는 h입니다원자 번호는 1이고 수소 원자는 가장 흔하고 가벼우면서 색이 없는 원자인데1족 원소로서는 유일한 금소가 아닌 원소이고 동위원소로는 중수소와 삼중수소가 있습니다.
수소의 이름을 풀어보면 물의 재료라고 이야기 합니다 또한 질량의 기준으로 우주의 75%를 수성할 만큼 많은 비중을
차지하며, 두개의 수소 원자가 산소 원자와 결합해 물을 구성하는 원소입니다. 두개의 수소 원자로 수소 기체를 이루게
된다면 금속을 부식시킬 수 있는 산성 용액의 특징을 가지고 있습니다 . 실험실에서 수소의 존재를 파악하는 흔한 방법으로는
수소를 성냥불에 대어봐서 퍽하는 소리를 내면서 가연하게 되면 수소가 있음을 파악할수 있게 됩니다
수소는 16세기 연금술사 파켈수스는 금속이 산에 의해서 녹을 때 특정 기체가 생겨나는 사실을 발견하였습니다
그리고 연금술사가 그기체를 수소라고 맨 처음 말하였고 그때 당시는 수소가 일산화탄소와 같은 가연성 기체와 혼동되었지만
시간이 지나 1766년 헨리 캐번디시라고 하는 사람이 수소의 가연성 기체와 다르다는 것을 증명하였습니다.
그 후에 10년 뒤 1776년 월타이어가 수소 연소 할때 물을 만든다는 것을 발견하면서 , 몇 년 후 라부아지에는
이 기체를 수소라고 이름 지었습니다.
수소의 쓰임
수소는 오늘날 석유화학공업에 관련된 각종 수소화반응 , 염화수소나 촉매 등의 제조 연료전지,산소수소불꽃에 의하여
금속의 용접,절단 등에 이용되면서 액체수소는 저온실험용 냉각제로써 사용되었습니다. 또한 가장 주목 받고 있는 건
연료로 사용될 가능성이 있다는 부분입니다 현재엔 수소의 에너지 제어가 어려우면서 개발에 비용이 발생되는
연구단계이지만 일반용 연료로 상용화 되는 개발과 노력을 해 나가고 있습니다.
전기차의 아버지라고 불리는 테슬라는 수소 전지차를 만드는 일을 극도로 어리석은 선택이라고 하였습니다 그러나 현재
현대차에서는 수소차 투자 개발에 친환경 적 차량을 개발하고 있는 중이라고 합니다 그리고 이외에도 전자제품중
반도체 제조고정에서도 사용되면서 유리공업 전기공업등등에서도 수소는 이롭게 사용이 되면서 훗날에는 현대가
친환경적인 자동차로 수소를 연료로 하는 차를 내구성 있게 만들게 된다면 다른 타회사들보다 차별화된 경쟁력을 가지게
될것이라는 생각을 해본다!
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수소의 성질과 쓰임새
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수소는 대기와 지각의 구성물질로 지구 상에 풍부하며 클라크수는 제9위라고 합니다. 주로 순수한 수소 기체 상태가 아닌 화합물 상태로 존재하는데 물이나 가솔린, 천연가스, 프로판, 메탄올과 같은 유기 화합물로 발견됩니다.
수소 기체는 수소 원자 두 개가 결합한 상태이며, 수소 분자로 존재합니다. 물에 대한 용해도가 매우 작아 물에 잘 녹지 않으며, 실온에서는 반응성이 작지만, 온도가 높아지면 반응성이 커집니다. 수소는 연소하기 쉬운 기체로 공기나 산소와 접촉하면 쉽게 물이 붙습니다. 수소-공기 혼합 기체는 불꽃을 튀겨 주면 폭발적인 연소 반응을 보입니다. 불이 붙는 발화 에너지가 작아서 아주 미세한 정전기에도 쉽게 발화됩니다. 황과는 황화수소, 질소와는 암모니아, 염소와는 염화수소를 생성합니다. 또한 많은 금속과도 직접 반응하여 수화물을 만듭니다. 금속 염화물이나 산화물을 가열하면 환원되어 금속을 생성합니다. 일반적으로 화합물 중에서의 산화수는 +1가 또는 -1가의 값을 가집니다.
수소는 암모니아, 염산, 메탄올 등의 합성에 대량으로 사용됩니다. 기름을 경화시키기 위한 수소첨가, 액체연료의 제조, 산화수소 불꽃으로 금속의 절단과 용접, 백금, 석영 등의 세공에 사용됩니다. 액체수소는 끓는점이 아주 낮기 때문에 냉각제로 사용되기도 합니다.
수소 기체는 연소 후 물이 생성될 뿐 오염물질이 만들어지지 않아 무공해 연료로 각광을 받고 있습니다. 또 연소열도 커 효율적인 장점이 있습니다. 그러나 저장과 운반이 매우 어렵고 폭발의 위험이 있어 이를 해결하기 위한 연구가 활발히 진행 중에 있습니다.
수소의 성질과 쓰임새 입니다
과학 이야기를 해보려고 합니다. 그 중에서 청소년 시기에 배웠던 ‘수소의 성질과 쓰임새’에 관해서 입니다. 당시에 상위 고등학교나 대학교에 입학하기 위해 시험위주의 학습을 많이 해서 아직 잘 기억에 나지 않는 용어였습니다. 지금와서 생각해보면, 과연 일상생활에서 크게 기여를 하는 부분인지는 잘 모르겠습니다.
정확히 수소의 성질과 쓰임새를 알고 있다고 해서 일상생활에 불편함은 전혀 없기 때문 입니다. 하지만 과학은 우리에게 소중한 과목이기 때문에 가볍게 정리해봤습니다.
성질은 아래와 같습니다.
수소는 상온에서 무색,무미,무취의 기체로서 항상 2원자분자 H로 존재하는 것입니다. 흔히 우리가 알고 있는 저압방전관 내에서는 원자상태의 수소로 존재하기도 하죠.
수소분자의 2개의 원자핵 즉 양성자는 각각 자전하고 있으므로 자전의 방향이 같은 오르토수소와 반대인 파라수소라는 이성질체가 생기게 됩니다. 상온에서는 오르토수소 75％와 파라수소 25％의 혼합물이며, 온도를 낮추면 파라수소의 비율이 증가하게 됩니다.
수소는 가장 가벼운 기체이며 분자량도 가장 작아서 같은 온도에서의 분자속도는 모든 기체 중에서 가장 크다고 할 수 있습니다. 따라서 열전도율도 공기의 약 7배로 크고 냉각효과가 좋습니다.
상온에서는 반응성이 적어서 플루오르 이외의 다른 물질과는 직접 화합하지 않으나 염소와는 빛의 작용하에서 폭발적으로 화합합니다. 그러나 고온에서는 활성이 되어 대부분의 금속, 비금속원소와 화합하여 수소화물을 만들게 되죠.
금속에 따라서는 수소의 부분압력이 높을 때 흡수하고 낮아지면 다시 방출하는 것도 있습니다. 수소와 산소와의 혼합물은 상온에서는 안정하나 550도씨 이상에서는 다량의 열을 내면서 화합합니다. 금속산화물과 가열하면 환원하여 금속을 만들며, 촉매가 있으면 불포화유기화합물과 수소화(수소 첨가) 등의 반응을 일으키게 됩니다.
그럼 쓰임새는 무엇이냐?
암모니아합성, 석유화학공업에 관련된 각종 수소화반응, 유지의 수소첨가, 염화수소나 촉매 등의 제조, 연료전지, 산소수소불꽃에 의한 금속의 용접, 절단 등에 이용되며, 액체수소는 저온실험용 냉각제로 쓰이게 됩니다. 이들 중에서 최근 가장 주목받고 있는 것은 에너지원으로서의 용도인데, 수소는 다른 화석연료와 달리 무한하며 태우면 물이 되므로 깨끗합니다. 수소 제조는 경비가 들고 에너지 제어도 어렵기 때문에 아직 연구단계에 있으나, 로켓연료로 실용화되고 있고 일반용 연료로도 기대되고 있습니다.
이렇게 이론적으로 설명된 부분을 보게되면 머리 아프기 마련 입니다. 아래 만화를 보면 더욱 수소의 성질과 쓰임새의 개념에 대해서 알게 됩니다.
수소의 성질과 쓰임새 한눈에 팍!
수소의 성질과 쓰임새에 대해서 알아보겠습니다. 수소는 우주에서 가장 풍부한 자원을 지니고 있는 무색 무취 가스인데요
대체적으로 다른요소와 결합되기때문에 순수한 형태로 보이지는 않지만 재생 가능한 자원에서 재생산 될 수 있는 특징을 가지고 있다고하네요.
수소의 성질은 첫번째로 공기보다 가볍습니다. 매우가볍다는것입니다. 두번째로는 색깔과 냄새가 없는데요 위에도 말씀드렸듯이 무색무취입니다, 세번째로 스스로 타는 성질이 있다고하네요.
그럼 수소의 쓰임새에 대해서 한번 알아볼까요?
수소는 가볍고 냄새가 없기때문에 비행선을 뛰울때도 쓰이는데요. 그래서 요즘에는 수소 자동차가 나오기도 합니다. 수소가 자동차의 연료로도 쓰이고 수소자동차가 새로나오는거 아시죠?
그럼 수소차의 장단점을 알아볼텐데요. 장점은 오염물질은 전혀 배출하지 않는다는 점입니다.. 현재 우리나라 뿐만 아니라 전 세계적으로 환경 오염에 대한 심각성이 있는데요. 수소 자동차는 이에 대비한 완벽하게 친환경 자동차라 할수 있겠습니다.
게다가 충전 시간도 5분 내외로 짧거든요. 급속 충전으로 20분 정도 걸리는 전기자동차에 비해 충전 시간도 짧아 더 효율성이 있겟네요.
경제적인 효과도 굉장한데요. 현대자동차에서 개발해 판매 중인 수소 자동차 투싼 ix FCEV가 투싼 디젤 모델을 대체했다고 가정했을 때 (100만 대 기준) 연간 1조 5천 억 원의 원유 수입 대체 효과가 발생한다고 합니다. 많은 나라들이 원유가 생산되지 않는데요. 이렇게 원유를 수입해 쓰는 나라에서 원유 수입을 줄일 수 있다면 엄청난 경제 효과를 볼 수 있습니다.
여기에 전기자동차와 비교해 한 번 충전으로 갈 수 있는 주행거리 역시 훨씬 깁니다. 전기자동차가 약 300km를 달릴 수 있다면, 수소 자동차는 약 400km를 달릴 수 있을 정도라고 하네요.
그런데 단점은 분명히 존재하는데요. 전기차와 비교했을때 약 4천만원 정도 비싼가격이라고 하네요. 현대에서 생산하고 투싼 수소자동차는 8천 5000만원정도라고하는데요.
수소 자동차가 이렇게 비쌀 수밖에 없는 이유는 연료 전지에 들어가는 약 70g 정도의 백금이 원가를 상승시킨다고하네요.
이렇게 수소의 성질과 쓰임새에 대해서 알아보았는데요. 요즘 수소차가 계속 이슈화가 되고 있습니다. 내년부터는 국고보조금도 지원된다고하네요. 수소의 이런 성질과 쓰임새로 다른어떤영역에서 또 쓰일지 기대가 많이 됩니다.
키워드에 대한 정보 수소 의 쓰임새
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사람들이 주제에 대해 자주 검색하는 키워드 [궁금한S] 세상을 바꾼 신비한 원소…’수소’란 무엇일까? / YTN 사이언스
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