수소

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수소
원소 정보
기호	{{{기호}}}
원자 번호	{{{번호}}}
원자의 성질
이온화 에너지	1차
물리적 성질
밀도	0.08988
녹는점	-259.16
끓는점	-252.879
융해열	0.117
기화열	0.904

개요

원자번호는 1번, 기호는 H이다. 우주 전체의 약 75%를 차지하는 가장 많이 존재하는 원소이다. 또한 가장 가벼운 원소이며, 가장 간단한 구조를 가진 원소이다. (양성자 하나에 전자 하나) 반응성이 워낙 좋아서, 헬륨과는 달리 가벼워도 물 등의 형태로 지구에 많이 존재한다.

물(H₂O)을 만드는 원소 중 하나가 수소고, 유기화합물 모두 수소와 결합되어 있다. 또한 태양은 수소가 연료로 사용돼 핵융합을 하여 에너지를 낸다. 따라서 생명체가 사는 데 수소는 반드시 필요하다.

동위원소

자연적으로 존재하는 수소의 동위원소는 ¹H, ²H, ³H 세 가지이다. 이중에 ¹H는 자연상에 전체 수소 중 99.98% 이상을 차지하여 가장 많고, ²H는 0.0156% 차지하고, ³H는 10^-18%로 자연상에 매우 극미하게 존재한다. ²H와 ³H는 동위원소지만 원소기호가 있다. ²H는 D(Deuterium, 듀테륨), ³H는 T(Tritium, 트리튬)로도 불러진다.

7중수소까지 있지만 아래 표를 보면 대부분 반감기가 매우 짧아 순신간에 베타(β) 붕괴가 이뤄져 다른 원소(아래 표의 붕괴생성물)가 되어 버린다. 삼중수소도 방사성 동위원소니 베타 붕괴가 이뤄지나 12.32년으로 매우 길어 위에서 언급한 대로 매우 극미하지만 자연상에 존재할 수 있었다.

동위원소	양성자	중성자	동위원소질량	반감기	감쇠 모드	붕괴생성물	핵스핀
1H	1	0	1.00782503207	안정됨			½+
2H 중수소(듀테륨)	1	1	2.0141017778	안정됨			1+
3H 삼중수소(트리튬)	1	2	3.0160492777	12.32(2) 년	β−	3He	½+
4H	1	3	4.02781	1.39(10)×10−22 초 [4.6(9) MeV]	n	3H	2-
5H	1	4	5.03531	>9.1×10−22 초 (?)	2n	3H	(½+)
6H	1	5	6.04494	2.90(70)×10−22 초 [1.6(4) MeV]	3n	3H	2-#
					4n	2H
7H	1	6	7.05275	2.3(6)×10−23 초#	4n	3H	½+#

수소 만들기

금속과 산 반응

H₂를 화학 및 생물 실험실에서 제조할 때는 대개 킵의 장치를 이용해 비산화 산과 수소보다 반응성이 높은 금속을 반응시켜 얻는다.

아래는 아연의 예. 이 방법이 대표적이다.

Zn + 2 H⁺ → Zn²⁺ + H₂

알루미늄도 가능하다.

2 Al + 6 H₂O + 2 OH^- → 2 Al(OH)₄^- + 3 H₂

물의 전기분해

물의 전기분해를 이용하는 방법도 물론 많이 쓰이는 쉬운 방법이다. 다만 물은 전기가 통하지 않기 때문에 수산화나트륨 등을 첨가해 전류를 흐르게 해 줘야 한다. 전기분해라는 방법을 쓰는 이유는 자발적으로 산화·환원 반응이 일어나지 않기 때문이다. 전기분해를 하면 (+)극에서 산화 반응으로 수소를 얻을 수 있다. 특히 이 방법은 전기에너지가 화학에너지로 전환되는 것이기 때문에 매우 중요하다.

2 H₂O → 2 H₂ + O₂ (전기분해)

수증기 변성

탄화수소(CH₄)와 700 ~ 1100 ℃ 정도의 고온의 수증기를 반응시켜 수소를 얻기도 한다. 보통 공업적으로 많이 이용된다.

CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂

용도

• 로켓 연료로 액체 수소가 쓰인다.
• 중수소로 이루어진 물인 중수는 원자로에서 중성자 감속재로 쓰인다.
• 삼중수소에서 나오는 전자가 인을 빛나게 하기 때문에 야광 물질에 쓰인다.
• 과거에는 비행선에 쓰기도 했지만 현재는 위험해서 쓰이지 않는다. 힌덴부르크 호 참조.
• 수소연료전지의 연료로 사용된다.