수소 (H, Hydrogen) - 태양 에너지의 근원

 

1. 빅뱅으로 생겨난 최초의 원소 

우주 공간 즉, 별과 별 사이 공간에 가장 많은 원소는 수소 (질량비 약 75%)이고, 그 다음이 헬륨 (질량비 약 8%) 으로 그 이외의 원소들은 매우 적은 양으로 존재합니다. 원자번호가 큰 무거운 원소들은 항성(별) 안에서 만들어집니다. 밤하늘에 반짝이는 별들은 수소가 헬륨으로 바뀌는 핵융합 반응 (고온에서 가벼운 원자핵이 융합에 무거운 원자핵이 되면서 에너지를 방출하는 현상)으로 발생하는 에너지로 빛을 냅니다. 헬륨이 어느 정도 모이면 이번에는 헬륨이 핵융합 반응을 시작합니다. 태양보다 무거운 별에서는 탄소와 산소, 질소도 핵융합 반응을 합니다. 

 

2. 태양 에너지의 근원

막대한 에너지를 방출하는 태양에서는 수소 원자 4개가 융합하여 헬륨 원자 1개를 만드는 '핵융합 반응'이 일어납니다. 헬륨 원자 1개의 질량은 수소 원자 4개를 합친 질량보다 0.7%정도 가벼운데, 그 손실된 질량만큼이 태양 에너지로 변환되었기 때문입니다. 수소 가스는 무색무취이며 기체 중에서 가장 가볍습니다. 한편 수소원자는 원자들 가운데 크기가 가장 작으며, 지구상에서는 수소 원자 두 개가 결합된 수소분자 H2 형태로 존재합니다. 수소 분자는 너무 가벼워서 중력으로 잡아둘 수 없기 때문에 대기 중에 미량으로 존재합니다. 밀도는 0.081g/l, 공기가 1일 떄의 비중은 0.07입니다.

 

3. 수소는 태우면 물이 된다

수소는 태우면 물이 됩니다. 수소 H2+산소 O2 = 물 H2O 반응이 일어납니다. 이 반응은 매우 큰 열이 발생하기 떄문에 금속의 용접이나 절단에 사용되는 산수소불꽃 (불꽃의 온도는 보통 2,500°C, 조건에 따라서는 3,000 °C)과 액체로켓이 연료에 이용할 수 있습니다. 공기 중에 수소가 4~75% 함유된 혼합 기체를 점화하면 폭발적인 반응이 일어납니다. 그래서 수소는 액체 로켓의 연료와 암모니아 제조 등 화학공업의 원료로도 사용됩니다. 또한 수소 가스는 수소와 산소의 반응으로 전류를 발생시키는 연료전지의 연료로서 차세대 에너지원으로 주목받고 있습니다. 연료 전지가 탑재된 자동차는 운행 시 배기가스로 수증기를 배출합니다. 수소는 지구상에 산소와 결합된 물의 형태로 다량 존재하며, 탄소와 결합해 다양한 유기물의 구성 성분이 됩니다. 우주에 가장 많이 존재하는 원소로, 우주 진공 중에서 수소는 원자 단독으로 떠다닙니다. 수소는 지구상에서 산소와 결합하여 물의 형태로 다량 존재합니다. 

 

4. 수소수

수소수란 분자 사애의 수소를 물에 녹인 것으로, 수소 원자가 두 개 결합한 수소 분자 H2를 말합니다. 예를 들면 물을 전기분해하거나 묽은 염산에 아연을 넣었을 때 발생하는 기체는 분자 상태의 수소입니다. 수소수가 붐을 일으키게 된 것은 일본 의과대학 오타 시게오 교수팀의 연구가 계기였습니다. 시험관에서 배양한 랫트 (실험쥐 다음으로 연구에 이용되는 쥐과 동물)의 신경세포와 관련해, 수소 농도 1.2ppm 용액이 활성 산소를 환원시켜 독성으로 없애는 것을 확인했다는 논문이 2007년 의학 논문지에 게재되었습니다. 이후의 연구를 통해 우리 인체 내에서는 수소수로 섭취하는 수소 양보다 더 많은 수소가 만들어지고 있으며 혈액 속으로 순환되고 있으므로, 인위적인 수소수 섭취가 건강에 도움이 되지는 않는다는 설이 더 설득력을 얻고 있습니다. 

 

5. 힌덴부르크호 폭발 사고

수소를 사용한 비행선이 폭발하거나 화재가 발생한 사고 가운데 가장 유명한 것은 1937년 5월 6일, 미국 뉴저지주 레이크허그트 해군 비행장에서 발생한 독일 비행선 '힌덴부르크호 폭발사고'입니다.  이 사고로 승무원 및 승객 35명과 지상에 있던 인부 1명이 사망했습니다. 처음에 많은 사람들이 가스탱크에서 새어 나온 수소 때문에 사고가 일어났다고 생각했습니다. 하지만 1997년 미국항공우주국(NASA)은 힌덴부르크호 폭발 사고의 원인이 수소가 아니라 선체 외벽에 칠했던 도료 때문이라고 발표했습니다. 선체에는 태양광과 대기로부터 외피를 보호하기 위해 산화철과 알루미늄 분말을 함유한 가연성 높은 물질을 도료로 사용하였는데, 정전기로 인한 불꽃으로 격렬한 반응이 일어났고 눈 깜짝할 사이에 화재로 이어졌을 것이라는 주장입니다.