기독교대한감리회 | 감리회소식

창조주를 찬양하라

함창석

여호와의 종들아
주 여호와 그 이름을 찬양하라

지금부터 영원히
해 돋는 데서 지는 곳까지
그 이름이 찬양을 받으리라

모든 나라를 다스리시니
그의 영광이 저 하늘보다 높다

그는 높은 보좌에 앉으셔
불꽃같은 눈동자로
밤낮 천지를 굽어 살피신다

여호와를 찬양하라
주 하나님 그 이름을 찬양하라

Sandol Method

수소

수소는 주기율표의 첫 번째 자리를 차지하며, 가장 가벼운 원소이고, 우주 질량의 약 75 %를 차지하는 가장 풍부한 원소이다. 수소는 말 그대로 물(H2O)을 만드는 원소이다. 수소가 만드는 물은 생명계에 필수적이며, 모든 유기화합물에는 수소가 결합되어 있다. 지구상에 존재하는 원소 상태의 수소는 주로 이원자 분자인 H2 기체인 반면, 별에서는 주로 플라즈마 상태로 존재한다. 별의 수소는 핵융합 반응을 통해 별의 에너지를 제공하는 연료이다. 태양도 수소 핵융합으로 에너지를 방출하고, 태양에서 나오는 빛으로 식물이 광합성을 하고, 식물은 먹이 사슬을 통해 사람과 동물의 먹거리가 되기 때문에 수소는 모든 생물의 에너지원이라 볼 수도 있다. 수소는 대부분의 원소와 화합물을 형성한다. 특히 탄소와 공유결합을 하고 있는 화합물인 탄화수소(hydrocarbon) 등 유기화합물은 수백만 가지나 알려져 있다. 수소는 전기음성도가 큰 원소 (할로겐 원소, O, N, S 등)와 결합한 화합물에서는 부분 양전하를 갖는다. 이러한 수소는 큰 전자밀도를 갖는 원자와 수소결합을 형성한다. 수소결합은 많은 생물 분자의 구조, 화합물의 회합에 큰 영향을 미치는 요소이다.(박준우, 수소 - 우주에서 가장 많은 화학원소)

헬룸

TV에서 예능 프로를 보다 보면, 출연자들이 갑자기 목소리가 변해 이상한 소리를 내며 웃음을 주는 장면이 나온다. 아이들은 누구나 풍선을 좋아한다. 운동선수들이 다치면 MRI 영상 촬영을 한다. MRI 영상 촬영, 풍선, 음성 변조에 공통으로 사용되는 원소는 무엇일까? 답은 헬륨이다.

헬륨1은 원자번호 2번의 원소로 원소기호는 He이다. 주기율표에서 18족, 즉 비활성 기체족2)에 속한다. 다른 비활성기체족 원소와 마찬가지로, 1기압, 실온에서 단원자 분자 기체로 존재하며 화학 반응성이 아주 낮다. 헬륨은 우주에서 수소 다음으로 많은 원소로, 우주 질량의 약 1/4를 차지한다. 가볍고 폭발성이 없어 기구, 비행선, 풍선 등을 띄우는 기체로 쓰이며, 끓는점이 아주 낮아 초저온 과학 실험이나 의학 진단 MRI와 같이 초저온이 필요한 장치에 필수적으로 사용된다.

헬룸4는 무색과 무취의 단분자 기체이면서 독성을 띠지 않는 헬륨은 주기율표의 마지막 족의 맨 위에 위치하며, 원소 중에서 끓는점이 가장 낮다. 우주에서 수소를 제외하면, 가장 가볍고 풍부하며 질량비로 약 24%를 차지한다. 그 비는 태양에서와 토성에서도 거의 비슷한데, 이는 4He가 같은 족의 다음 세 원자에 비해 핵결합에너지(nuclear binding energy)가 훨씬 크기 때문이며, 이는 핵분열과 방사성 붕괴로 4He가 생성되는 이유이기도 하다. 우주에 있는 헬륨은 대부분 4He이며, 그들은 거의 모두 빅뱅(big bang)으로부터 형성된 것이다. 새로이 얻는 헬륨 대부분은 별에서 수소의 핵융합 시 발생한 것이다.

태양은 3/4이 수소 (H), 1/4이 헬륨 (He)으로 구성된 거대한 가스의 집합체로, 그 중심부에 자리 잡고 있는 핵에서 핵융합 반응(질량수 1인 두개의 수소 원자가 서로 결합하여 질량수 2인 헬륨으로 변하는 반응)이 일어나고 있으며 가스 형태로 이루어진 행성들도 수소와 헬륨이 전체의 대부분을 차지하고 있다. 하지만 지구의 대기 중에는 0.0000524 %로 굉장히 미량이 존재하고 있다. 지구 생성 초기에는 많은 양의 헬륨이 존재했으나, 대기의 약 78%를 차지하는 질소와 달리 대부분의 헬륨 원자는 지구의 역사 초기에 우주로 방출되었다. 기체 방정식에 따르면, 기체의 이동속도는 질량이 작을수록 크기 때문에 가벼운 헬륨 원자(He)는 무거운 질소 분자(N₂)보다 평균적으로 훨씬 빠르게 움직일 수 있고 그 속도가 지구의 중력을 벗어날 수 있는 속도 범위까지 갈 수 있기에 현재 지구 대기에는 거의 남아있지 않다.

헬룸(Helium, 약어 3He)는 차세대 핵융합발전의 연료가 된다. 헬륨3는 지구에는 거의 존재하지 않고, 달 표면에 풍부한 것으로 알려져 있다. 헬륨3는 양성자 2개ㆍ중성자 1개로 이뤄져 있는데 이것은 바닷물에 풍부한 중수소(양성자 1개ㆍ중성자 1개)와 핵 융합시키면 양성자 2개ㆍ중성자 2개의 정상적인 헬륨 원자가 되면서 막대한 전기에너지를 방출한다. 1g의 헬륨3는 석탄 약 40t이 생산해 내는 정도의 전기에너지를 생산할 수 있다.(헬륨3, 시사상식사전, pmg 지식엔진연구소)