화학 원소이야기 - 수소

지금까지 인간이 발견한 원소들 가운데 수소는 우주에서 제일 풍부한 원소이다. 더불어 제일 간단하고 가벼운 구조를 가졌고 주기율표에서 1주기 1족에 속해 있는 원소이다. 표준 원자 모형에서는 흰색을 쓴다. 하늘색을 쓰는 경우도 있지만 이것은 물에 한정해서 쓰는 경우이고 대부분 흰색을 사용한다.

수소라는 이름은 물의 근원이라는 뜻이 있는데, 한국에서도 한자 표현대로 수소를 그대로 사용하고 있다. 이는 일본에서 사용하는 것을 그대로 들여온 것이고 재밌게도 중국은 물의 근원이라는 뜻을 사용하지 않는다.

수소 결합을 뜻하는 수소화 , 즉 수소와 다른 한가지 원소의 화합물에는 접미사 -ane이 붙는다. Fluorane(HF) ,Borane(BH3), Methane(CH4), Fluorane(HF) 등이 있다. 그러나 흔히 보는 화합물에는 IUPAC name을 거의 쓰지 않는다.

물리학과 양자화학에서 수소의 원자 모형은 굉장히 중요하다. 이는 수소가 양성자 하나와 전자 하나로 구성되는 원자기 때문이다. 양성자와 전자가 하나씩이어서 해석적으로 완벽한 해를 구할 수 있는 원자는 수소뿐이다.

우주에서 가장 많은 원소를 차지하는 것은 무엇일까?

위에도 썼고 이 포스팅에서 수소 얘기를 하고 있으니 수소일 것이다. 거의 모든 별은 수소를 이용한 핵융합으로 빛과 열을 낸다. 또 너무 많고 흔한 탓에 화합물에 많이 들어가기 때문에 분자식을 쓸 때는 수소가 연결된 부분은 대부분 생략한다

수소는 우주상에서 가장 많은 것이 대표 특징이긴 하지만 지구에서는 쉽게 얻을 수 없다.
이는 수소의 대표 특징 중 다른 하나인 매우 가볍기 때문이다. 지구의 중력으로는 수소를 잡아둘 수가 없다. 간혹 목성과 토성같이 행성에서도 수소 대기를 가질 수 있지만 두 행성에 비해 지구의 중력은 수소를 잡아두기엔 부족한 것이다.

지구가 만들어지는 과정에서 수소가 물의 형태로 바뀌지 않았다면 수소는 지구의 중력을 피해 우주공간으로 달아났을 것이다.

수소의 또 다른 특징은 격렬한 반응인데, 그래서 보관하고 관리하는 것이 매우 어려워서 연료로 사용하기에는 힘들다.
금속 파이프 같은 경우에는 수소가 금속 내부로 들어가 화학 구조를 변화시켜 계속 보관할 경우에는 파이프 자체가 파괴될 수 있다.
이러한 특징 때문에 제일 많은 원소임에도 수소는 산업에서 자주 쓰이지 못하고 최근에야 수소에너지, 수소자동차 등으로 주목받고 있다. 화석연료보다는 환경적인 측면에서 훨씬 좋지만 지구상에선 얻기도 힘들고 관리가 어려워 쉽게 사용하지 못한다. 그래도 미래 에너지로 고려해볼 법한 원소인듯하다.

수소는 가장 흔하고 일상생활에서 많이 들어봤을 법한 원소여서 제일 먼저 포스팅했다. 고등학생 때 외웠던 주기율표상으로 1번이기도 해서 수소를 시작으로 계속 이어 나가려고 한다.

모든 물질의 근본인 원소 이야기는 다음 포스팅에서 헬륨으로 돌아오겠다.