원소로 보는 화학사 Vol. 001 ‘원자번호 1번 수소를 소개합니다’

여러분~ 지난번 화학원소 이야기에서는 화학원소의 기본적인 개념과 역사에 대해서 소개해드렸는데요. 오늘은 멘델레예프의 주기율표 원소 중 우주에서 가장 존재량이 많고 제일 가벼운 원소인 ‘수소’에 관한 재미있는 이야기를 들려드릴게요!

원자번호 1번 ‘수소’를 소개합니다!

어마무시한 존재감으로 가장 기본적인 원소, ‘수소’

수소는 우주의 90프로를 구성하고 있으며, 그 존재량만큼이나 우주와 생명에 있어서 중요한 역할을 하고 있습니다. 특히 인간의 몸은 약 서른다섯 가지 종류의 원소로 이루어져 있는데요. 70프로가 물로 이루어져 있고 그 외에 단백질, 탄수화물, 지방 등의 생체 물질 역시 수소를 포함하고 있을 정도로 수소는 생명의 핵심 요소라고 해도 과언이 아닙니다.

공기 무게의 14분의 1로 가벼운 ‘수소’

무색무취의 기체 수소는 공기의 14분의 1의 무게로 그 어떤 기체의 무게보다 가볍습니다. 그래서 공기에 뜨는 성질이 있는데요. 무게가 가볍기 때문에 수소 발견 당시 수소 기구에 쓰이면서 인기를 끌었습니다. 그리고 20세기 초반까지 비행선에 이용했지만 불에 타기 쉬운 수소의 성질 때문에 폭발사고가 빈번하게 일어났습니다. 그래서 이후부터는 안전을 위해 수소를 헬륨으로 대체하여 사용하게 되었습니다.

‘수소’가 발견되기까지의 과정, 그리고 원소명의 유래

수소는 영국의 과학자 헨리 캐번디시(Henry Cavendish)에 의해 발견되었습니다. 캐번디시가 만든 기체는 폭발성이 있었는데요. 그 당시 과학자들은 대부분 물질이 소모되면서 연소가 일어난다는 ‘플로지스톤설’을 믿고 있었습니다. 캐번디시 역시도 자신이 만든 기체의 폭발성이 플로지스톤설과 연관이 있다고 생각했지만, 물질이 연소된 후에 왜 물이 만들어지는지에 대해서는 설명하지 못했습니다.

이후 1783년 프랑스의 앙투안 라부아지에(Antoine Laurent Lavoisier)가 최초로 이를 원소로 인식하여 ‘수소’라고 명명하였는데요. 1792년에 그는 수소와 산소가 결합하여 물을 만드는 것을 설명하였습니다. 이렇게 수소, Hydrogen은 ‘물의 발생자’라는 그리스어의 hydro(물)와 genes(생기다)에서 유래된 명칭으로 지구 생명의 뿌리이자 필수 화합물인 물을 만든다는 의미가 담겨 있습니다.

‘수소’는 어디에 사용될까요?

공기보다 밀도가 낮은 수소의 특성으로 수소는 기구나 비행선 등의 각종 탈것에도 사용되어 왔습니다. 하지만 수소는 작은 마찰에도 폭발의 위험에 노출되어 있어 오늘날 기구나 비행선에는 거의 사용하지 않는데요. 대신 수소 자동차에 사용되고 있습니다. 수소 자동차는 대기 오염을 일으키는 휘발유, 디젤 자동차의 대안으로 나온 전기 자동차보다도 친환경적인 자동차입니다. 수소 자동차는 이름처럼 수소를 연료로 하기 때문에 배기가스의 주성분이 물입니다. 따라서 환경에 미치는 영향이 거의 없습니다. 우리나라 최초의 수소 자동차는 1993년 개발된 ‘성균 1호’인데요. 이는 효과적이고 저렴한 연료 저장 기술을 개발하지 못해 상용화 단계까지 이어지지는 못했답니다.

수소 자동차 외에도 수소는 폭탄에도 사용이 됩니다. 그것이 바로 ‘수소 폭탄’인데요. 수소 폭탄은 핵융합 원리를 이용한 것으로 수소의 원자핵을 고온에서 융합하여 헬륨 원자핵을 만들 때 발생하는 강력한 에너지를 사용합니다. 원자 폭탄은 우라늄으로 핵분열을 일으켜 다량의 방사능을 방출시키는 폭탄입니다. 세계 최초의 수소 폭탄은 1952년 태평양의 에네웨타크 환초에서 실시된 ‘아이비 마이크’입니다. 수소는 이 밖에도 비료나 의약품 등에도 사용되고 있습니다.

오늘은 가장 기본적인 원소인 원자번호 1번 ‘수소’에 대해서 소개해드렸습니다. 모든 원소 중에서도 우주에서 가장 풍부하게 존재하는 원소이지만 그동안에는 몰랐던 수소에 담긴 이야기! 수소는 이렇게 모든 생명 과정에 관련된 다양한 분자들의 핵심 구성 요소입니다. 그리고 어쩌면 미래에는 화석연료를 대체할 수 있는 새로운 에너지원이 될 것이라고 기대해 봅니다!

<내용 출처> 누구나 쉽게 배우는 원소 (그림으로 배우는 118종 원소 이야기)/원소의 세계사 (주기율표에 숨겨진 기상천외하고 유쾌한 비밀들)/원소가 뭐길래 (일상 속 흥미진진한 화학 이야기)/Big Questions 118 원소 (사진으로 공감하는 원소의 모든 것)