[원소주기율표] A periodic table of the elements

 

■ 주기성 : 주기율표는 자연계 또는 인공계에 존재하는 원자번호와 원소의 화학적 특성에 따라 나열한 표입니다. 주기성은 원소들의 규칙성을 찾고 특징을 세분화하여 체계화한것에 의미를 지니고 있습니다.

1번 수소~ 118번 오가네손

119번 우눈엔늄~ 123번 운비트륨까지

 

아바타에 등장했던 언옵테늄 : 상온 초전도체로의 도전 (알파 센타우리계의 행성 폴리페무스)

 

초전도체는 물질 저항이 0인 완전 도체와 자기장을 밀쳐내 완전히 상쇄되는 완전 반자성 물질의 특성을 동시에 가지고 있는 물질입니다. 저항이 없으면 전력 손실을 0로 만들 수 있으며 핵융합이나 자기부상열차등을 만들 수 있습니다. 영화에서도 공장에 떠 있는 언옵테늄을 보실 수 있습니다. 초전도 현상은 수은의 전기저항 실험중 절대온도 273.15도에 가까운 영하 266.8도에서 저항이 사라지는 현상을 발견했다고 합니다.

그럼 이 어려운 원소들이 어떻게 만들어졌으며 그 기능이 우리 산업에 어떻게 적용되는지 그리고 향후에 이 원소는 어떻게 발전되는지 알아보도록 하겠습니다.

1. 수소 (1주기 1족 원소) 인간의 기술로 알아낸 우주의 주요 원소 / 가장 간단한 구조

1주기에 속하는 1족 원소는 리튬 나트륨 칼륨 루비듐 세품 프랑슘

 

알칼리 금속은 광택이 있으며 매우 무른 성질이 있어 커터칼로도 잘리며 불꽃에 닿으면 고유 반응색을 띈다리튬과 루비듐은 빨간색 / 나트늄은 노란색 / 칼륨과 세슘은 보라색이다.

 

수소는 원소기호 H 원자번호 1번입니다. 비금속 원소로 자연계에서 가장 많은 양을 차지하며 무색 무취 무미입니다. 지구에서는 양성자와 중성자 전자가 각 1개씩인 H 단독보다는 H2(중수소 : 양성자 1개 중성자 1개) 수소분자로 구성되어 있습니다.

 

철관속에 수증기를 통과시키면 수소를 얻을 수 있으며 산소와 결합하여 H2O 물을 만들 수 있습니다.

우주에  나갔을 때 얼음을 볼 수 있는건 우주에도 산소가 있어 수소와 산소가 얼음 형태로 만들어질 수 있다는 증거이며 우리가 우주에 나갈때 수소와 산소를 가지고 나갈 필요가 없으며 산소를 우주의 얼음을 통해 얻을 수 있다는 것도 알수 있습니다. 일부 행성은 두꺼운 얼음으로만 만들어져 있는 걸 보면 우주에서 물을 찾는건 어렵지 않은 일입니다. 물론 산소와 물을 만들어낼 장치는 꼭 가지고 가야 되는 불편도 있습니다.

지구의 물도 태양계가 생긴 초창기 많은 양의 운석을 통해 유입되었다고 합니다. 지구에 다량의 물이 있다는 것도 상당히 큰 운석에 물이 포함되어 있다는 증거입니다. 

수소는 대부분 기체로 되어 있으며 녹는점은 영하 259.14 이며 끓는 점은 영하 252.87도입니다. 

수소는 수소전기차에도 응용되며 대체에너지로 각광받고 있습니다. 실용성을 위해 액화수소를 만드는 과정에 비용이 들어가지만 수소차의 경우 배기가스 대신 물이 만들어지고 오염물질이 0 인 점이 친환경적이며 우주에서도 무한으로 얻을 수 있어 실용화가 될 경우 지구 환경 보존과 에너지 확보를 위해서도 인류가 꼭 발전시켜야 될 원소입니다. 

 

수소의 응용 : 2050년 전 세계 에너지의 18프로 정도인 2조 5000억 달러 규모의 수소시장이 형성될 걸로 예상되며 국내에서도 수소펀드가 만들어지고 주요 수소 사업으로는 액화수소 플랜트 / 수소 충전소 / 수소연료 / 연료전지 시장 등의 관련산업으로 발전할 수 있습니다.

 

국내 대기업인 SK / 현대차 / 포스코 / 한화 / 두산 / GS 칼텍스 / 롯데 / 효성 / 코오롱 / LG화학 / 현대중공업 / 삼성물산 / 현대건설등 거의 대부분의 글로벌 대기업등은 관련 산업을 진행하고 있다고 생각하시면 됩니다.

 

수소연료전지 전문회사로는 에스퓨얼셀 / 두산퓨얼셀 / 에스코넥 등이 있으며 향후 오일이나 천연가스등 자원등이 고갈되었을 때를 대비하여 관련 주식 종목들의 기술력도 확인해 보시면 좋을 것 같습니다.

 

태양의 주요 성분은 수소와 헬륨이며 수소 70프로 헬륨 30프로입니다. 중심부에 수소가 헬륨에 융합되어 원자핵 에너지가 생성되고 있으며 태양은 육지와 같은 땅이 없는 100프로 가스로만 구성된 항성입니다. 고온으로 인해 원자에서 전자가 떨어져 나가는 전리현상에 전자와 이온이 산산이 흩여진 플라즈마 상태이며 중심부 온도 1500만도이지만 표면 온도는 6000도 정도인데 중심 핵에서 수소에너지가 헬륨으로 변하며 밖으로 나올때 식기 때문입니다. 

 

 

최근 각광받고 있는 H3(삼중수소 : 양성자 1개 중성자 2개 Hydrogen 3 trutium) 는 매우 불안정한 상태로 12년의 반감기를 가지고 있으며 방사성 물질에 베타붕괴라는 현상을 지니고 있습니다. 공기보다 14배 가볍고 공기랑 닿을시 폭발을 할 수 있습니다.  방사성 붕괴를 거친뒤에는 헬륨으로 원소명이 변경되며 안정화됩니다. 이로써 1번 수소가 2번 헬륨으로 새로운 원소로 만들어 짐을 알 수 있게 됩니다.

삼중수소는 우주선에 의한 핵반응을 통해 생성됩니다. 현재 인공적으로 원자력 발전소의 핵분열이나 핵실험을 통해 만들어지고 있으며 수분이나 기체 형태로 식수 공기 음식등을 통해 몸속에 들어올 경우 베타선을 방출하며 정상적인 세포를 죽이고 다양한 부작용을 만들 수 있습니다. 흡수된 삼중수소는 생물학적 반감기인 10일 정도후 소변이나 땀으로 배출됩니다.

 

<동위원소>  주어진 원소의 원자는 다양한 중성자를 가질 수 있으며 양성자와 중성자의 합이 원자의 질량수이므로 동위원소들은 다른 질량수를 같게됩니다. 원자번호는 같고 화학적 성질을 같지만 중성자수가 틀릴때 불리게 되며 만일 H와 H3처럼 동위원소까지 모두 분리하게 되면 지구상의 원소는 339종까지 될 수 있다 일부 동위원소들이 방사선을 뿜으며 붕괴될때 이를 방사성 동위원소라고 하며 동위원소를 활용하여 연대측정이나 사건사고 일자를 추정하는등 산업화에도 사용되며 불안정한 동위원소의 경우 원자력 발전과 핵무기등에도 사용된다 우라늄과 플루토늄이 대표적인 방사성 동위원소

 

수소를 다루는 직업들도 향후 발전 가능성이 있는데 수소를 응용하여 만드는 플랜트를 설계 운영하는 직업군과 환경관련 직군 / 국책과제등을 다루는 직업등이 발전하게 되며 그린 수소등 물에서 수소를 분리할때 촉매제를 사용하지 않은 기술이 발전하고 있어 관련 연구직도 각광받을 예정입니다.  촉매제로 사용하는 백금 이리듐 루테늄등 고가의 금속없이 수소추출 기술등이 인류의 미래를 좌우하는 기술인데 2050년 정도까지 0를 목표로 하고 있으며 현재기술력으로 높지는 않지만  수소용기의 방사능 노출이나 아주 적은 가능성이지만 액화 수소 (Liquid Hydrogen) 폭발 우려가 있으므로 안전관리자 역시 수를 늘리게 될 예정입니다.