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FINE_CHEMI 2015. 6. 8. 08:27

<과학교사가 알려주는 원소이야기 2.> 신비로운 원소, 헬륨

<과학교사가 알려주는 원소이야기 2.> 신비로운 원소, 헬륨

 

 

안녕하세요과학교사 정은희입니다.

여러분 어릴 때 기억나시나요? 풍선 속 헬륨 가스를 마시고 변한 목소리로 장난치던 일~

헬륨가스를 마시면 왜 높은 목소리가 났을까요?

비밀은 바로 밀도! 헬륨은 매우 가볍기 때문에 풍선에 넣을 경우 하늘로 두둥실~뜨곤 합니다. 밀도가 작은 헬륨에서 소리의 속도는 공기에서 통과할 때보다 더 빠르죠. 전달속도가 빨라지면 진동수가 높아지고 우리의 귀에는 높은 음으로 들리는 것입니다.

그럼 지금부터 신비로운 '헬륨'에 대해서 알아볼까요?

 

 

공기에서보다 지각속에 더 많다?!

 

 

수소 다음으로 우주에서 가장 많은 원소인  헬륨은 공기보다는 지각 속에 더 많이 존재해요. 왜 그럴까요?

파티를 할 때 천장에 띠우는 풍선에는 가벼운 헬륨가스를 주입하잖아요. 이처럼 헬륨은 가벼워서 지구 중력으로 잡아둘 수 없기 때문에 지구 탄생 시 생성된 대부분의 헬륨은 우주로 빠져나가 버리고 남아있는 헬륨은 지각에 있는 방사성 광물이나 천연가스에 주로 포함되어 있답니다.

 

이보다 안정할 수 없다?!

수소와 마찬가지로 무색/무취의 성질을 가지고 있지만, 수소의 폭발적인 특성과는 달리 웬만해선 반응하지 않는 원소가 바로 헬륨입니다. 안정적인 특성과 가볍다는 특성을 이용해 열기구를 띄울 때도 사용한답니다. 어떤가요? 멋지지 않나요?

헬륨은 반응성이 없기 때문에 잠수용 호흡가스로도 이용됩니다. 헬륨을 들이마시면 목소리가 이상해지는데, 호흡가스라니!

잠수부의 산소통에는 산소만 있는 것이 아니에요. 공기의 구성을 보면 78%가 질소이고 21%가 산소입니다. 산소만 들이마시면 몸 속 산소 분압이 높아지고 산소중독 현상이 일어나기 때문에, 산소통에는 공기와 같은 비율의 가스가 들어있습니다. 이때 함께 들어있는 질소는 잠수 상태의 높은 압력( 5기압)에서 1기압일 때에 비해서 5배나 많이 혈액에 녹아있게 됩니다. 그러나 잠수를 마치고 잠수부가 수면으로 올라오면 압력이 낮아지면서 혈액 속의 질소가 녹아있지 못하고 기포를 형성하여 혈액의 흐름을 방해하면서 잠수병이 생겨 심한 통증 유발 또는 사망에 이르게 됩니다. 탄산음료 뚜껑을 열었을 때와 같다고 할까요?

 

 

따라서 질소기포의 체내통증 유발 문제로 인해 산소통에는 대부분 질소 대신에 헬륨 기체를 넣습니다. 헬륨은  다른 원소와 반응하지 않는 비활성기체로 체내에서 불필요한 반응을 하지 않고 질소보다 혈액에 녹는 양이 훨씬 적기 때문에 비교적 안전하다는 장점이 있죠!

 

선생님의 한마디 

 

헬륨 3에 대하여 들어보셨나요?

미래의 에너지 수단으로 기대되고 있는 핵융합, 핵끼리 융합할 때 질량이 손실되고 그 만큼을 에너지로 전환하여 이용하는 기술인데요. 헬륨3이 바로 3중수소 대신 핵융합에 이용이 가능합니다. 헬륨3을 핵융합시켜서 헬륨이되면 양자 1개가 남는데요. 이것이 바로 에너지로 바뀌게 되는 것이죠! 적은 양으로 많은 에너지를 만들수 있어 매우 효율적이긴 하지만 실제 인공태양을 만든다던지 달 탐사선을 보내야한다던지 현실적인 장벽이 존재합니다. 전문가들은 2050년은 되어야 실용화될 것으로 예측하고 있습니다.

 

수소와 같이 헬륨도 지구의 에너지 발전에 기여하는 그 날이 오길 기대해봅니다!


 

 

 

 

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