헬륨

헬륨

다른 표기 언어 helium

요약 수소 다음으로 가벼우며, 무색·무미·무취의 기체로 끓는점은 －268.6℃이다. 25기압 정도로 압력 이상이어야 헬륨이 고체화될 수 있다. 별에서는 핵융합에 의해 수소로부터 합성된다. 화학적으로 비활성인 헬륨은 화합물을 형성하지 않으며, 헬륨 분자는 단원자로 되어 있다.

1868년 잔센과 로키어가기체 상태의 대기에서 헬륨을 발견했고 1895년 램지는 광물에서 헬륨을 발견했다.
지구에 존재하는 헬륨은 태초부터 있었던 것은 아니며 방사성 붕괴에 의해 생긴 것이다. 지구중력이 약하여 대기 중에 많은 양이 축적되지는 않는다.
헬륨은 금속 용접을 위한 비활성 기체로 이용되며 로켓 추진, 기상학, 저온학, 호흡장치 등에 쓰인다. 운석과 암석의 연대를 측정하기 위해 이들 속에 들어 있는 헬륨의 함량을 분석한다.

목차

수소 다음으로 가벼우며, 무색·무미·무취의 기체로 끓는점은 －268.6℃이다. 25기압 정도로 압력을 높여야만 헬륨이 고체화될 수 있다. 2.17K 이하에서 동위원소인 헬륨-4(⁴He)는 독특한 성질이 있는데, 이는 초유체가 되고 열전도도가 구리보다 1,000배나 커진다. 이 상태에 있는 헬륨을 보통 액체인 헬륨 Ⅰ과 구별하기 위해 헬륨 Ⅱ라고 한다. 화학적으로 비활성인 헬륨은 화합물을 형성하지 않으며, 헬륨 분자는 단원자로 되어 있다.

1868년 피에르 잔센과 조지프 노먼 로키어가 태양 을 둘러싸고 있는 기체 상태의 대기에서 헬륨을 발견했다. 이 두 사람은 서로 독자적으로 태양 스펙트럼으로부터 지구에서 볼 수 있는 어떤 원소로도 설명할 수 없는 밝은 선을 관찰했다. 1895년 윌리엄 램지는 지구에서 우라늄을 포함하고 있는 광물(클레베이트)에서 헬륨을 발견했는데, 헬륨 스펙트럼에서 관찰된 독특한 연노란색 선은 태양 스펙트럼에서 관찰된 것과 일치했다.

헬륨은 우주에서 수소 다음인 2번째로 풍부하며 별에 집중되어 있는데, 별에서는 핵융합에 의해 수소로부터 합성된다. 지구 대기에 들어 있는 헬륨의 양은 0.0005％에 불과하며 방사성 광물, 운철, 광천 등에 소량만 존재하지만 특히 미국의 텍사스·뉴멕시코·캔자스·오클라호마·애리조나·유타 등에서 산출되는 천연 가스에는 많은 양의 헬륨이 한 성분(7.6％까지)으로 존재한다. 이보다는 적지만 캐나다, 러시아, 남아프리카 공화국, 사하라 사막 등에도 헬륨이 존재한다.

지구에 존재하는 헬륨은 태초부터 있었던 것은 아니며 방사성 붕괴에 의해 생긴 것이다. 무거운 방사성 물질의 원자핵에서 방출되는 알파 입자는 동위원소인 ⁴He의 원자핵이다. 아르곤 기체와는 달리 헬륨은 대기 중에 많은 양이 축적되지 않는데, 이는 지구의 중력이 충분하지 못해 헬륨이 우주로 서서히 빠져나가기 때문이다. 지구에는 미량 존재하는 동위원소인 ³He이 있는데 이는 희귀한 동위원소인 수소-3(³H：트리튬)이 음의 베타 붕괴를 할 때 생겨난다. 따라서 지구에 존재하는 헬륨은 2가지 동위원소인 ⁴He(99.99987％)와 ³He(0.00013％)의 혼합물로 이루어져 있다.

낮은 온도와 높은 압력하에서 천연 가스의 다른 성분들을 액화시키면 순도가 98.2％인 헬륨 기체가 분리된다. 다른 기체들을 냉각시킨 후 활성에 흡착시키면 순도가 99.995％인 헬륨을 얻을 수 있다. 헬륨은 알루미늄 같은 금속을 용접하기 위한 비활성 기체 대기로 이용되며 로켓 추진(헬륨은 액체-수소의 온도에서 유일하게 기체로 존재하기 때문에 연료 탱크, 특히 액체 수소 연료 탱크에 압력을 가하는 데 사용됨), 기상학(기기를 운반하는 기구를 띄우기 위한 기체로 사용됨), 저온학, 높은 압력하에서 숨쉴 수 있는 호흡장치(스쿠버 다이빙이나 수중 공사용 잠함 등에서 산소와 혼합하여 쓰이는데 특히 혈류에 대한 헬륨의 용해도가 낮기 때문임) 등에 쓰인다. 운석과 암석의 연대를 측정하기 위해 이들 속에 들어 있는 헬륨의 함량을 분석한다.

원자번호 2

원자량 4.0026

녹는점 없음

끓는점 －268.6℃

밀도 0.1785g/ℓ(0℃, 1기압)

원자가 0

전자배열 2 또는 1s²