헬륨

헬륨

[ helium ]

원소주기율표 상에서 1주기 18족에 속하는 비활성 기체로 우주에서 수소 다음으로 많은 원소이다. 원소 기호는 He, 녹는점은 -272.20°C(2.5MPa), 끓는점은  -268.93°C, 밀도는 0.1786g/L이다. 단원자 기체로 반응성이 거의 없어 비활성 기체라고도 하며 색깔과 냄새가 없고 공기 중에 매우 적은 양이 존재한다.

• 원소기호

  He

• 원자번호

  2

• 화학계열

  비활성기체

• 원자량

  4.002602(2)g/mol

• 전자배열

  1s2

• 상태

  기체

• 밀도

  0.1786 g/L (0°C, 101.325 kPa)

• 녹는점

  -272.20°C(2.5MPa)

• 끓는점

  -268.93°C

• 융해열

  0.0138 kJ/mol

• 기화열

  0.0829 kJ/mol

• 비열용량

  20.786 J/mol·K(25°C)

역사
1868년 피에르 장센이 인도에서 개기일식(皆旣日蝕)을 관측하는 중 태양 홍염의 스펙트럼 속에 587.6nm의 새로운 스펙트럼선이 존재하는 것을 발견하였다. 이것을 영국의 조셉 로키어와 에드워드 프랭클랜드는 지구상에서는 미지이지만 태양 속에 존재하는 원소에 의하는 것으로, 태양을 의미하는 그리스어 helios에서 헬륨이라고 이름을 붙였다. 1895년 영국의 윌리엄 램지 및 스웨덴의 페르 T. 클레베는 각각 독립적으로 우라늄 광물의 일종인 클레베석으로부터 헬륨을 분리하여 스펙트럼선이 일치하는 것을 증명하였다.

헬륨
18족의 원소들은 단원자분자이며 화학적 성질은 매우 비활성으로 대부분의 다른 원소와 반응하지 않아 비활성 기체로 불리운다. 헬륨은 상온에서 기체로 수소 다음으로 가벼우며 색과 냄새가 없으며 알려진 모든 원소 중에서 가장 반응성이 작고 이상기체에 가깝다.

화학 원소 중 끓는점이 가장 낮으며 상압에서 영점에너지가 높아 절대영도에서도 액체로 존재하는 유일한 원소이다(단, 액체헬륨의 동위원소는 일정 온도 및 압력하에서 고체로 존재할 수 있다.).

지구에서는 대기 중에 0.0000524%로 매우 미량이 함유되어 있다. 그러나 우주에서는 수소 다음으로 풍부한 원소로 은하계 전체원소의 24%를 차지한다. 태양은 4분의 3이 수소, 4분의 1이 헬륨으로 구성된 거대한 가스 덩어리로, 그 중심부에 자리잡고 있는 핵에서 핵 융합 반응(수소 원자가 서로 결합하여 헬륨으로 변하는 반응)이 일어나고 있으며 가스행성들도 수소와 헬륨이 전체의 대부분을 차지하고 있다.

동위원소로는 ³He와 ⁴He 가 있으며 ⁴He가 99.99% 이상 존재하며 둘 다 안정하다.

제조법
방사선원소의 핵이 붕괴되면서 알파선을 내놓고  다른 원소로 변할 때 생기므로 클레베석·모나자이트 등의 방사성 광물에 많이 함유되어 있다. 공업적으로는 천연가스 중에서 분리 제조되는 것이 가장 많은데, 공존하는 다른 가스를 저온·고압으로 액화하여 제거한 다음 일정 순도의 헬륨을 얻는다. 경제성 있는 자원은 극히 제한되어 있어 희귀성 가스로 불린다.

헬륨의 용도
기체 헬륨은 가볍고 폭발성이 있는 수소보다 안전하므로 풍선이나 비행선 등의 기구(氣球)에 사용된다. 네온사인·분석 기기의 캐리어 가스·용접용·누설 검사용 등으로 쓰인다. 혈액에 대한 용해도가 작아 잠수병을 예방할 수 있기 때문에 심해 잠수부 산소통의 질소 대체재로 이용된다. 헬륨은 산화흔적이 남으면 안되는 용접을 할 때, 반도체 제작, 초전도자석에 사용된다.

액체 헬륨은 대기압 하에서 절대 영도 0K(-273℃)에 가까운 약 -269℃의 낮은 끓는점을 갖고 있으므로 초저온을 얻기 위한 냉각제로 사용되고 있다. 이러한 극저온의 특성을 이용하여 초전도 기술 등 첨단 과학과 산업에 응용·연구되고 있다. 또한 목소리 변조에 사용되기도 하는데 헬륨가스에서는 공기중에 비해 약 3배 가량 전송 속도가 빠르기 때문에 약 10~20초 가량 목소리의 음이 높아지는 현상이 발생한다. 단 많은 양을 마실 경우 질식 할 수도 있으므로 주의해야 한다.

[출처] 헬륨 | 두산백과