수소

수소(Hydrogen , 水素)는 주기율표의 첫 번째 자리를 차지하며, 가장 가벼운 원소이고, 우주 질량의 약 75 %를 차지하는 가장 풍부한 원소이다.

지구상에서 9번째로 풍부하며, 지구 전체질량의 0.9％를 차지한다. 수소는 우주 전체에 존재하는 모든 물질 질량의 약 75％를 차지할 정도로 풍부한 원소이다. 항성(恒星)의 중력에 의해 모아지며, 태양을 비롯한 별의 에너지를 공급하는 핵융합에 의해 헬륨으로 전환된다. 또한 동식물을 구성하는 모든 물질은 수소가 탄소 및 다른 원소와 결합하여 형성된 화합물이다. 석유와 석탄에는 탄화수소 형태로 있으며, 물 무게의 약 11％를 차지한다. 지구 대기 중에서는 수소 기체가 계속해서 우주로 빠져나가므로 함량이 낮다.

원자 구조

수소 원자는 원자핵에 하나의 양성자를, 그리고 주위에 한 개의 전자(1s 전자)를 갖고 있다. 바닥 상태의 전자의 에너지는 -13.6 eV (-1310 kJ/mol)이며, 따라서 수소 원자의 이온화 에너지는 1,310 kJ/mol이다.

수소는 자연에서 3가지 동위원소로 존재한다. 이들은 1H, 2H, 그리고 3H이다. 이중 1H가 99.98 % 이상을 차지하며, 원자핵에는 한 개의 양성자만이 있다. 2H는 수소 원자의 0.0156 %를 차지하며, 원자핵은 1개의 중성자도 갖고 있다. 이를 중수소(deuterium)이라 부르며, 보통 D로 나타낸다. 중수소는 방사능을 내지 않는다. 삼중수소(tritium)라 불리는 3H는 2개의 중성자를 갖고 있으며, 보통 T로 나타낸다. 이 동위원소는 β- 붕괴를 하여 질량수 3인 헬륨(3He)이 되는데, 반감기는 12.32 년이다. 삼중수소는 자연계에 극미량(수소원자의 1/1018) 존재하는데, 이는 주로 상층권에서 대기와 우주선(線)의 핵반응으로 생성된다.

원소 형태의 수소는 거의 대부분 이원자 분자 H2로 존재한다. H2 기체의 해리에너지는 436 kJ/mol 이다. H2의 녹는점은 -259 oC (14 K)이고, 끓는점은 -253 oC (20 K) 로, 헬륨(He) 다음으로 낮다. 0 oC, 1기압에서의 기체 밀도는 0.090 g/L로 모든 기체 중에서 가장 가볍고, 녹는점에서의 액체 밀도는 0.07 g/cm3로, 액체 중에서 가장 가볍다.

표

분류	비금속
원자번호	1
원소기호	H
상태	기체
산화상태	+1, -1
원자량	1.00797 (1.008)
녹는점	-259.2℃
끓는점	-252.8℃
융해열	0.117kJ/mol
기화열	0.904kJ/mol
비열용량	28.836 J/mol·K(25℃)
밀도	0.08988g/ℓ
산화수	1, 1
전자배열	1s1
전기음성도	2.20
어원	그리스어 hydro (물) / gen (만드는 것)
특성	색, 냄새, 맛이 없는 가장 가벼운 기체. 폭발성. 우주에서 가장 많은 원소.
주요 용도	NH3, HCl, CH3OH 등의 합성. 중질유분해. 불포화 화합물의 수소 첨가. 원유 탈황. 금속 산화물 환원. 에너지저장(수소자동차). 생명에 필수인 물과 유기물의 구성 원소.