화학 주기율표 세특 : 1번 원소, 수소

1. 수소의 기본적인 분석

  수소는 아시다시피 원자 주기율표 1번의 원소이며, 그만큼 많은 특별한 특징들을 갖고 있는 원소입니다. 우선은 기본적인 특징부터 살펴볼까요? 수소는 원자핵에 양성자 하나가 존재하며, 동위 원소들 중 가장 많은 비를 차지하는 경우가 원자핵에 양성자 하나만이 존재하는 경우입니다. 원자핵 주위에는 전자 하나가 존재하는 구조, 이것이 가장 흔한 수소의 구조입니다.

  수소의 원자량은 1.008이기때문에, 원자 하나 당 그 무게가 가장 가벼운 원소입니다. 또한, 원자가 전자가 하나이기 때문에 반응성도 굉장히 높습니다. 그리고 전기화학적으로 가치가 높은 원소이기도 한데요, 전기화학적인 반응의 산화 환원 반응에서 전압의 절댓값이 크기 때문입니다. 그렇기에 에너지적으로 높은 효율을 가질 수 있습니다.

2. 실생활에서의 수소의 활용

  그렇다면 실생활에서 수소는 어떻게 활용되고 있고, 앞으로 어떻게 활용될까요? 우선 수소는 산소와 함께 우리의 생명 존속에 필수적인 물을 형성하는 원소이긴 하지만, 오늘은 그런 것보단 순수한 수소 그 자체에 대해서만 살펴보겠습니다.

  수소는 보통 에너지원으로 사용됩니다. 여기에는 다양한 이유가 있는데요, 우선 수소는 우주에서 가장 풍부한 원소입니다. 우주에서의 수소와 헬륨의 질량 비가 3:1이라는 이야기를 들어보신 적 있으신가요? 그만큼 수소는 우주의 거의 대부분을 차지하고 있는 원소입니다. 또 꼭 우주가 아니더라도 물에서의 전기 분해와 같은 방식을 통해 수소 기체를 얻을 수 있는 방법이 존재하기 때문에, 화석 연료와 같이 에너지원이 고갈될 걱정은 하지 않아도 됩니다. 또한 에너지원으로 사용했을 때 별다른 오염 물질 없이 물만을 배출하기 때문에 청정 에너지원으로 구분되기도 합니다. 또한, 수소는 다른 에너지 발전 방식에 비해  그 발전 효율도 좋은 편이라는 장점이 있습니다.

3. 수소 관련 실험 추천

  결국, 실생활에서 수소 그 자체가 사용되는 예시는 에너지원으로써의 그 용도였습니다. 수소는 연료전지에 의해 물이 되는 반응 속에서 전기에너지를 생산해 내는데요, 이 효율도 좋기 때문에 괜찮은 에너지원으로 평가받고 있다고 하였습니다. 앞서 수소가 풍부하다는 장점도 갖고 있다고 말씀드렸죠? 하지만 의외로 수소에너지를 더욱 잘 사용하기 위한 관문은 수소 수급에 존재합니다. 수소는 우주에 많이 존재하지만, 우주에서 이를 수급하기에는 에너지적으로 손해가 더 큽니다. 에너지원으로 사용하기 위한 수소를 가져오기 위해, 우주선을 날린다는 것은 결국 더 많은 에너지를 사용해야 하는 것이니까요. 그렇다면 지구의 경우는 어떨까요? 지구의 경우에서는 수소가 다른 원소와 결합한 형태는 많이 존재합니다. 대표적으로 물이 존재합니다. 하지만 수소 그 자체만을 자연적으로 얻기에는 매우 힘듭니다. 따라서 보통은 물을 분해하여 수소를 얻는 방식을 사용하고 있으며, 이때 드는 에너지량을 수소를 연료 전지를 활용하여 얻어낼 수 있는 전기에너지보다 작게 하고, 또 그 값을 최대한 줄이는 것이 현재 수소에너지의 과제입니다.

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환경 세특 주제 : 광촉매 사용 수소 생산

  그래서, 준비해 본 실험은 수소 그 자체를 활용하는 내용보다는 수소를 생산하는 방식들에 대한 것입니다. 첫 번째의 경우는, 수소 생산 방식 중 가장 친환경적인 방법인 그린 수소 생산 방식에 대한 내용이며, 친환경에너지와 연계하여 수소를 생산하는 방식입니다. 그리고 두번째는 사실 실험 내용은 준비하지 못했고, 광촉매라는 빛을 매개체로 사용되는 광촉매라는 물질을 이용한 수소 생산 방식에 대한 내용입니다. 친환경적인 수소 생산 방식 중 다른 방식에 대해서도 아시면 보고서나 세특 작성 등에 도움이 될 것 같아 넣어 보았습니다. 준비해 본 내용은 여기까지입니다. 앞으로 원자번호 순서대로 관련 내용과 실험들을 정리해 본 글을 작성해 보려고 하니, 관심 가져주시고 가끔씩 방문해주시면 큰 힘이 될 것 같습니다. 감사합니다!