주기율표 1족 1주기에 속하는 비금속원소로 원소기호 H, 원자량 1.00794g/mol, 끓는점 -252.87℃, 녹는점 -259.14℃, 밀도 0.08988g/L 이다.

지구상에 존재하는 가장 가벼운 원소로 무색·무미·무취의 기체다. 주로 수소분자 H₂로 이루어진다.

태양을 비롯한 우주에 수소가스 및 원자상태 수소의 존재가 인정된다.

수소는 연소하더라도 공해 물질을 내뿜지 않아 석탄, 석유를 대체할 무공해 에너지원으로써 중시되고 있다.

역사

1766년 영국의 헨리 캐번디시가 묽은 산과 금속과의 반응에서 생성되는 물질을 처음으로 확인하였다. 그러나 캐번디시는 그 당시까지 널리 알려져 있던 연소설에 따라 수소를 원소로서 인식을 하지 못하였다.

프랑스의 화학자 앙투안 L.라부아지에가 수소를 새로운 원소로 인식하였으며, 1783년 작렬한 철관 속에 수증기를 통과시켜 물을 분해하고 수소를 얻는 데 성공하였다. 또 수소를 연소시키면 물이 생기는 사실도 밝혔다.

원소명은 그리스어의 물을 뜻하는 히드로(hydro)와 생성한다는 뜻의 제나오(gennao)를 합쳐진 것으로 영어명 hydrogen은 여기에서 유래했다.

 

수소, H

수소는 대기와 지각의 구성 물질로 지구상에 풍부하며 클라크수는 제9위다. 주로 순수한 수소 기체 상태가 아닌 화합물 상태로 존재하는데, 물이나 가솔린·천연가스·프로판·메탄올과 같은 유기화합물로 발견된다.

수소 기체는 수소 원자 두 개가 결합한 상태, 즉 수소 분자(H₂)로 존재한다. 물에 대한 용해도가 매우 작아 물에 잘 녹지 않으며, 실온에서는 반응성이 작지만 온도가 높아지면 반응성이 커진다.

수소는 연소하기 쉬운 기체로 공기나 산소와 접촉하면 쉽게 불이 붙는다. 수소-공기 혼합 기체는 불꽃을 튀겨 주면 폭발적인 연소 반응을 보인다.

불이 붙는 발화 에너지가 작아 아주 미세한 정전기에도 쉽게 발화된다. 황과는 황화수소,

질소와는 암모니아, 염소와는 염화수소를 생성한다. 또한 많은 금속과도 직접 반응하여 수화물을 만든다.

금속염화물이나 산화물을 가열하면 환원되어 금속을 생성한다. 일반적으로 화합물 중에서의 산화수는 +1가 또는 -1가의 값을 가진다.

동위원소로는 질량수 2 및 3인 것(중수소, 삼중수소라고 한다)이 있지만 다른 원소의 경우와는 달리 보통 수소원자(질량수 1인 것, 중수소에 대응시킬 때는 경수소라고 한다)의 2배·3배로 되기 때문에 질량의 차가 뚜렷하고, 따라서 성질의 차이가 크다. 이 사실로부터 보통 수소를 프로튬(protium, ¹H), 중수소(²H)를 듀테륨(deuterium, D), 삼중수소(³H)을 트리튬(tritium, T)으로 하여 구별한다.

중수소가 많이 포함된 물을 중수라고 부르며 중성자 감속제나 원자로 용매로 사용된다.

 

제조법

수소는 공업적으로는 보통 천연가스를 비롯한 탄화수소를 열분해하여 제조된다. 그 밖에 수성가스·코크스로 가스 등에서 분리시키거나, 물의 전기분해 등의 방법으로 제조한다. 실험실에서는 아연·철 등의 금속에 묽은 황산을 반응시키거나, 묽은 수산화나트륨 수용액 또는 묽은 황산을 전기분해하여 만든다.

용도

암모니아·염산·메탄올 등의 합성에 대량으로 사용된다. 기름을 경화시키기 위한 수소 첨가, 액체연료의 제조, 산소수소불꽃으로 금속의 절단과 용접, 백금·석영 등의 세공 등에 사용된다. 액체수소는 끓는점이 아주 낮기 때문에 냉각제로 사용되기도 한다.

수소 기체는 연소 후 물이 생성될 뿐 오염물질이 만들어지지 않아 무공해연료로 각광을 받고 있다. 또 연소열도 커 효율적인 장점이 있다. 그러나 저장과 운반이 매우 어렵고 폭발의 위험이 있어 이를 해결하기 위한 연구가 활발히 진행 중이다