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경수소
경수소(輕水素, Protium, ¹H)는 수소의 동위 원소 중 중성자 없이양성자 하나로만 이루어진 원소를 말한다. 수소의 대부분이 경수소로 이루어져 있다.
수소차, 수소전지 등은 모두 경수소를 이용한 것이다. 수소폭탄은 중수소와 삼중수소를 이용한다.
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개요[편집]
수소의 동위원소는 지금까지 발견된 것으로는 수소-1부터 수소-7까지 7가지가 있다.
경수소는 질량수가 1인 수소의 동위원소이다. 경수소의 원자핵은 중성자를 함유하지 않으므로 프로튬이라고도 한다. 보통 수소의 주성분으로 99.985%의 존재비를 가진다. 수소에는 이밖에 질량수 2인 중수소(deuterium)와, 방사성이지만 질량수 3인 삼중수소(tritium)가 있다. 천연에서 수소의 존재비는 경수소 99.985%, 중수소 0.015%이며, 삼중수소는 인공적으로 만들어진다. 중수소와 삼중수소를 통틀어 중수소라고 한다.
수소는 인간이 밝혀 낸 우주물질의 75%를 차지하고 있으며 수소는 생명의 탄생 및 생명활동에 직접 연관이 있는 생명의 원소다. 수소는 인체의 63%를 구성하고 있으며, 다른 모든 원소와 반응하기 때문에 인체 역시 수소에 의해 만들어지고 유지된다고 해도 과언이 아니다.
성질[편집]
앞서 설명했 듯이 경수소 자체가 수소를 의미하는 게 일반적이기 때문에 대부분의 내용은 수소 문서에서 확인할 수 있다.
물리적[편집]
존재하는 원소 중에서 가장 가벼운 원소이며, 매우 격렬한 반응(폭발성)을 보이는 물질이다. 일반적으로 1s 오비탈을 채우기 위하여 H₂의 형태로 존재한다. 고온이나 고압이 가해지는 경우 전자가 수소 원자핵에서 벗어나 1H+의 형태로 존재한다. 이 때의 명칭은 프로톤(proton). 실제로 양성자 하나만 존재하는 상태이기 때문에 동일한 이름을 사용한다. 이 상태를 금속 수소라고 부르기도 한다. 지구상에서는 대부분이 물(H₂O)의 형태로 존재한다. 동위원소와의 구별이 필요한 핵발전 등에서는 경수소로 구성된 물을 경수(輕水)라고 부른다.
화학적[편집]
이온결합에서는 알칼리 금속과, 공유결합에서는 할로젠과 비슷한 성질을 나타낸다. 유기화학에서 탄소-수소(C-H) 간의 결합을 탄소-할로젠(C-X) 간 결합과 비슷하게 보는 것이 그 예다. - -용액 내에서 이온화가 이루어지면 전자를 내어주고 H+의 형태로 존재한다. 이 때의 명칭 역시 프로톤이다.
분자량 계산에서 정밀함이 요구되지 않는 경우, 수소의 질량값을 경수소의 질량값으로 계산하는 것이 일반적이다.
경수소, 중수소, 삼중수소 비교[편집]
경수소는 수소의 동위원소 중에서 양성자 하나로만 이루어진 원소이다. 경수소는 수소의 동위원소들 중에서 존재량이 99%가 넘도록 많다. 경수소는 아주 많은 화합물을 만든다. 경수소는 원소들 중 가장 가벼운 원소이다. 그래서 옛날에는 비행선에 경수소를 넣기도 했다. 하지만 경수소를 넣은 비행선은 잘 터져서 요즘은 헬륨을 대체하여 쓴다.
두 번째로는 중수소(Deuterium)가 있다. 두 번째로 흔한 동위원소이다. 중수소는 1931년 미국의 화학자인 헤롤드 유리가 발견했다. 그리고 중수소는 경수소와 달리 원자핵에 중성자 하나와 양성자 하나가 있어 일반 수소보다 더 무겁다. 안정적인 동위원소이다. 중수소는 중수를 이용하는 원자로에서 이용된다.
마지막으로 삼중수소(tritium)가 있다. 삼중수소는 하나의 양성자와 두 개의 중성자를 가지고 있다. 중수소나 수소보다 무겁고 트리튬이라고도 불리기도 한다. 방사능이 있다. 반감기는 약 12.3년이다. 붕괴할 때는 헬륨-3로 변한다. 자연에 존재하지만 아주 적은 양만이 존재한다.
동위원소[편집]
수소-1 (경수소;1H)[편집]
수소-2 (중수소;2H)[편집]
수소-3 (삼중수소;3H)[편집]
삼중수소는 두개의 중성자와 한개의 양성자로 이루어져있으며, 항성의 핵융합현상의 중요한 역할을 한다. 그러나 지구에는 삼중수소가 매우 희귀하다.
수소-4 (4H)[편집]
수소-4는 굉장히 불안정한, 수소의 동위 원소 중 하나이다. 핵은 한 개의 양성자와 세 개의 중성자로 구성되어 있다. 수소-4는 연구소에서 합성되었으며, 삼중수소에 고속으로 움직이는 중수소의 핵이 충돌해서 생겨났다. 이 실험을 통해 삼중수소의 핵은 고속으로 이동하는 중수소의 핵에서 중성자를 끌어당기는 것을 포착했다. 또한 남아있는 양성자를 포착해 수소-4의 존재를 추론했다. 수소-4의 원자 질량은 4.02781 ± 0.00011이며, 중성자 방출을 통해 (1.39 ± 0.10) × 10−22 초의 반감기를 가지며 붕괴한다. 인공적으로 7중으로까지 결합이 가능하지만, 4중 이상의 수소는 결합하자마자 빠르게 분해되어 없어진다.
수소-5 (5H)[편집]
수소-5는 굉장히 불안정하다. 핵은 한 개의 양성자와 네 개의 중성자로 이루어져있다. 수소-5는 연구소에서 합성되었으며, 삼중수소에 고속으로 움직이는 삼중수소의 핵이 충돌해서 생겨났다. 이러한 것을 통해, 삼중수소 핵이 두 개의 중성자를 다른 삼중수소 핵에서 끌어당긴다는 것을 알았고, 이가 곧 한 개의 양성자와 네 개의 중성자를 가지는 핵이 된다는 것을 알아냈다. 남은 양성자가 검출될 것이며, 수소-5의 존재를 추론할 수 있을 것이다. 이것은 이중 중성자 방출을 통해 10−21 초의 반감기를 가지며 붕괴한다.
수소-6(6H)[편집]
수소-6은 삼중 중성자 방출을 통해 3×10−22 초의 반감기를 가지며 붕괴한다.
수소-7(7H)[편집]
수소-7은 한 개의 양성자와 여섯 개의 중성자로 구성되어있다. 이것은 2003년 처음으로 RIKEN's RI Beam Science Laboratory에서 러시아인, 일본인, 프랑스인 과학자들의 단체에 의해, 수소와 헬륨-8이 충돌하면서 합성되었다. 이 반응의 결과로, 헬륨-8의 중성자들이 수소의 핵에 전달되었다. 두개의 남은 양성자들은 RIKEN telescope에 의해 발견되었다.
참고자료[편집]
- 〈경수소〉, 《나무위키》
- 〈경수소〉, 《두산백과》
- 〈경수소〉, 《위키백과》
- 〈수소 동위 원소〉, 《위키백과》
- jjwtomato24, 〈경수소 성질〉, 《티스토리》, 2019-12-28
- 최인우 기자, 〈수소의 동위원소를 파헤쳐 보자!〉, 《열려라즐거운화학세상》, 2021-09-13
- 바보, 〈수소(hydrogen)의 종류〉, 《네이버 블로그》, 2017-02-11
같이 보기[편집]
