수소 (H)

발견 과정

발견: 1766 · Henry Cavendish

16세기의 연금술사 파라켈수스는 금속이 산에 녹을 때 어떤 기체가 발생한다는 사실을 발견했으나, 그 기체에 대해 더 깊이 있는 탐구를 하지는 않았다. 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 앙투안 라부아지에는 이 기체를 수소라고 명명하였다. 수소 기체는 파라셀수스가 금속과 강산을 섞어 처음 만들었다. 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. 수소 기체를 개별적인 물질로 처음 인식한 것은 헨리 캐번디시였다. 그는1766년 금속-산 반응에서 나오는 기체를 “인화성 공기”로 확인했고,1781년에는 그 기체를 연소시키면 물이 생김을 발견했다. 헨리 캐번디시는 보통 수소의 발견자로 인정받는다. 그 뒤1783년에 앙투안 라부아지에가 피에르시몽 라플라스와 함께 수소가 연소되면 물이 생긴다는 캐번디시의 발견을 재현한 뒤 원소에 수소라는 이름을 붙였다. 수소는 제임스 듀어에 의해 재생식 냉각법과 그의 발명품인 진공 보온병을 이용해1898년 처음 액화되었다. 그는 그 다음 해에 고체 수소도 만들었다. 중수소는 해럴드 유리가1931년12월에 발견했고, 삼중수소는 어니스트 러더퍼드, 마크 올리펀트, 파울 하르텍이1934년 만들었다. 물 분자에서 보통 수소의 자리가 중수소로 대체된 중수는1932년 헤롤드 유리의 그룹이 발견하였다. 에드워드 다니엘 클라크는1819년에 수소 기체 취관을 발명했다. 1823년에는 되베라이너 등과 석회광이 발명되었다. 수소 충전 풍선은 자

용도와 활용

수소화를 통해 암모니아 등의 화합물을 합성할 수 있다. 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, SnO2, CdO, MgO, ZrO2, HfO2, La2O3, Y2O3, TiO2, SrTiO3, LaAlO3, SiO2, Al2O3, ZrSiO4, HfSiO4,SrZrO3)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.

동위원소

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. 1H는 자연에서 발견되는 수소 중99.98%를 차지하는 가장 흔한 동위원소로 원자핵이 양성자 단 하나로 이루어져 있어 경수소라는 형식적 이름을 가지나 이 이름은 잘 사용되지 않는다. 중수소와 구분하기 위해Protium이라는 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 표지나1H-NMR분광법의 용매로 사용되며, 상업적 핵융합의 잠재적 연료이다. 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 띠어12.32년의 반감기를 갖는 베타 붕괴를 통해3He로 붕괴된다. 적은 양의 삼중수소가 우주선과 대기의 상호작용으로 생겨나 자연에 존재한다. 삼중수소는 핵무기 실험에서 방출되기도 한다. 삼중수소는 핵융합 반응에 사용되거나 동위원소 지구화학에서 추적자로 사용된다. 수소는 각 동위원소의 다른 이름이 흔히 사용되는 유일한 원소이다. D와T라는 표기가2H와3H대신 중수소와 삼중수소를 나타내는 데 사용한다. 여전히2H, 3H를 권장하지만IUPAC도D와T를 인정하고 있다 방사능의 초기 연구에서 많은 방사성 동위원소가 이름 지어졌으나 수소 이외에는 더 이상 사용하지 않는다.