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가장 많이 알려진 헬륨의 쓰임새는 하늘로 띄우는 일입니다. 공기보다 가벼우면서도 안전하기 때문에 풍선이나 비행선을 비롯해 기상 연구, 천체 관측, 군사 정찰 등 다양한 목적으로 기구를 띄우는 데 사용되고 있죠. 이 외에도 헬륨의 쓰임새는 매우 많습니다.
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주기율표 원자번호 2번. 헬륨이에요.
무색, 무취의 기체랍니다.
헬륨은 우주에서 수소 다음으로 많이 있지만 지구에는 별로 없어요.
그래서 헬륨은 천연가스로부터 추출해서 사용하고 있습니다.
헬륨은
잠수부의 공기통, 자동차의 에어백 테스트.
그리고 반도체, 디스플레이 등에 사용하는 Gas Line에 틈이 없는지 확인하기 위해 사용해요.
헬륨을 사용하는 이유는 분자의 구조가 작기 때문에 작은 틈이 있어도 헬륨이 들어가서 반응할 수 있기 때문이죠.
헬륨을 마시면 왜 목소리가 변할까요?
헬륨은 공기보다 밀도가 낮아요. 그래서 헬륨의 속도는 공기보다 3배 빠르고 이 속도 때문에 우리 목소리에 영향을 준답니다.
#헬륨#GAS#반도체#디스플레이#기초지식#화학#주기율표
주기율표 1번 수소
https://youtu.be/0L2HuEdNqGw
반도체 디스플레이 기초 지식 MFC란?
https://youtu.be/ZfLRhH8hnQw
헬륨 의 쓰임새 주제에 대한 자세한 내용은 여기를 참조하세요.
헬륨의성질과쓰임새 – Tistory
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헬륨 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전
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헬륨의 성질과 쓰임새 알아보기 – 소중한정보
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헬륨의 성질과 쓰임새 에 대해서 알아보자 – 알뜰정보
헬륨은 색이 없고 냄새도 없으며 맛도 없는 비활성 단원자 기체로 주기율표 18족 맨 위에 있습니다. 헬륨의 녹는점과 끓는점은 원소들 중에서 가장 낮 …
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[케뉴-원소 이야기] 헬륨(HE)의 다양한 용도와 희귀성 – 케미컬뉴스
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헬륨의 성질과 쓰임새 완벽 정리 – Earlyadopter – Tistory
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주제에 대한 기사 평가 헬륨 의 쓰임새
- Author: 다빈치노트
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- Date Published: 2020. 4. 12.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=OoRUeTMaxnM
헬륨의성질과쓰임새
올해의 반이 벌써 지나갔습니다.날씨가 작년보다 더 더운거 같네요. 지금은 장마라서 조금 선선하긴 한데요.
장마가 그치고 나면 다시 엄청난 더위가 몰려오겠죠. 어디 해변가라도 가서 아이스크림이라도 팔아야 하는건지
요즘은 인형뽑기방에 에어콘이 잘나와서 여름에 사람들이 많이 모이지 않을까요? 주인 입장에선 화가 나겠지만요.
아무튼 오늘은 우리가 잘 알고 있는 헬륨의 성질과 쓰임새에 대해서 알아볼려고 합니다.
헬륨은 다 알고 있으시겠지만 원자번호 2번 He라고 정해져 있습니다.
안정적인 전자배치와 무색, 무취이며 표준원자량은 약 4g/mol이라고 알려져 있습니다.
또한 헬륨은 끓는점과 녹는점이 가장 낮으며 불이 붙지 않습니다.
앞에서도 말했지만 안정적인 전자배치 때문에 폭발의 위험성이 없는 비활성기체입니다.
헬륨은 1868년 프랑스의 장센이 최초로 발견 하였고 나중에 영국과학자인 월리엄과 스웨덴의 클레베라는 과학자가 실제로 실험을 통하여 증명을 하였죠.
우리 우주의 총 질량중에 헬륨이 차지 하는 비중이 자그마치 25%나 차지하고 있지만 우리 지구의 대기는 0.1% 정도로 아주 소량으로만 존재합니다.
제일 우리가 많이 보는 경우가 놓쳐버리면 하늘위로 날아가버리는 헬륨풍선과 마시고 목소리를 변조시키는것을 많이 보셧죠?
특히 놀이동산을 가면 어린아이들이 풍선을 들고 있다가 놓쳐서 하늘로 올라가는것을 바라보고 우는 경우가 많죠.
물론 그옆에는 부모님이 안타까운 마음으로 다시 하나 더 사주고 이번엔 더 꽉 쥐어주죠
아무튼 이야기가 따른곳으로 흘렀는데요 헬륨은 산소(02)보다 가벼운 원자량을 가지고 있어서 공기중에 떠오릅니다.
그러면 우리가 입으로 후 부는 풍선은 왜 하늘로 가지 못하고 떨어질까요? 그것은 바로 우리는 이산화탄소를 뱉어내기 때문인데 이 이산화 탄소는 산소보다 무섭습니다. 당연히 올라가지 못하겠지요?
자 헬륨의 주요쓰임새는 위에서도 잠깐 이야기 했는데 tv에서 헬륨가스를 마시고 목소리가 이상하게 나오죠? 하지만 너무 과하게 되면 질식해버리니 조심하셔야 합니다.
또한 헬륨은 초전도자석이나 반도체의 공정 과정에서도 필요합니다.
공기보다 가볍기 때문에 광고풍선이나 기구를 제작하는데 많이 이용됩니다.
이렇게 오늘은 헬륨의성질과쓰임새에 대해 알아봤습니다.
곧 다가오는 여름방학 즐겁게 보낼 준비는 하시고 계신가요?
헬륨의 성질과 쓰임새에 대하여 알아봅시다!
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헬륨의 성질과 쓰임새에 대하여 알아봅시다!
헬륨이라고 말하면 아주 익순한 장난들이 떠올를 겁니다
지금부터는 그런 헬륨의 성질과 쓰임새에 대해서 알아볼려구 합니다.
헬륨의 성질은 원자번호로 2번이라고 하고 he라고 표기 합니다
표준원자량으로는 약 4g/mo로 상온에서 색이없는 무색 그리고 냄새가 없는 무취의 성질을 가지고 있습니다.
그리고 안정적인 전자배치를 가지고 있어서 폭발성이 없는 비활성기체로 존재하고 있습니다!
또 수소에 이어서 우주에서 2번째로 많은 비율로써 존재하고 우주의 질량의 약 25%정도를
차지하고 있기도 합니다.
헬륨의 발견을 말하면 1868년 개기일식에 프랑스의 장센이라는 사람에 의해서 그 존재가 알려지고
후에는 월리엄이라는 영국 과학자 그리고 클레베라는 스웨덴의 과학자를 통하여 증명이 되었습니다.
그리고 각각 우라늄 광물의 한종류로 클레베석이라는 광물로
헬륨을 분리하고 스펙트럼선이 일치하는 것을 증명하였습니다.
지구의 대기에는 0.1% 도 안되는 아주 미량의 비율을 가지고 있습니다.
헬륨의 성질 그리고 쓰임새로는 헬륨풍선 입니다
우리가 입으로 부는 풍선들은 바닥으로 떨어지는데 헬륨풍선은 왜 하늘로 뜨게 될까요?!
그이유는 입에서 불어내는 기체에 있는 이산화 탄소 등이 산소보다 무겁기 때문이라는 것입니다
풍선과 비슷한 원리로써 하늘에 떠있는 기구에도 사용이 됩니다!
수소와 다르게 폭발성이 없는 것이 특징이면서 기구에 사용하기에 안전하고 공기보다 가볍기 때문입니다.
또한 스킨스쿠버가 유행인데요 이때 깊은 물속에서 잠수를 하다보면 수압에 의해서 잠수병이 생길수도 있습니다
그래서 물속에서도 생길수 있는 잠수병 예방으로도 사용됩니다!
또한 헬륨은 목소리 변조로도 재미있게 사용되기도 한데요 너무 많이 마시게 된다면
질식의 위험이 있기에 적당량을 마시는 것이 재미를 위해서도 좋겟지요?!
또한 헬륨은 정밀한 용접을 위해서도 사용됩니다!
그이외에도 반도체의 제작 과정 그리고 초전도자석을 만드는데도 필요 하다고 합니다!
지금까지 헬륨의 성질과 쓰임새에 대하여 알아보았는데요!
좀더 다른 지식에 대한 정보는 아래 글을 보시면 됩니다!
2017/07/10 – [기타. 도서] – 질소의 성질과 쓰임새에 대해서 확인해보자!
2017/07/10 – [기타. 도서] – 수소의 성질과 쓰임새를 확인하자!
2017/07/10 – [기타. 도서] – 네온의 성질과 쓰임새 어떤부분이 있을까요?
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위키백과, 우리 모두의 백과사전
헬륨(영어: Helium 힐리엄[*] , 문화어: 헬리움 독일어: Helium 헬리움[*] )은 화학 원소로, He(라틴어: Helium 헬리움[*] )이고 원자번호는 2이다. 질량수가 3인 3He과 4인 4He이 있다. 화학 원소 중 끓는점이 가장 낮으며, 상압에서는 영점에너지로 인하여 절대영도에서도 액체로 존재할 수 있는 유일한 원소다. 단, 액체 헬륨의 동위원소는 일정한 온도 및 압력 하에서 고체로 존재할 수 있다. 기체, 액체, 고체가 공존하는 3중점이 없는 유일한 원소이다.
헬륨은 1868년 프랑스 천문학자 피에르 장센이 발견하였다. 그는 1868년 8월 18일 일식의 관측에서 특정 대역의 노란 빛, 즉 587.6 나노미터 부분에 새로운 선이 존재하는 것을 알아내고 헬륨의 존재를 밝혔다. 헬륨이라는 말은 그리스어로 태양을 뜻하는 말 헬리오스(Helios)에서 유래하였다.
수소 다음으로 가벼운 원소이며, 다른 원소와 잘 반응을 하지 않기 때문에, 지구상에서는 거의 존재하지 않는다. 현재 지구상의 헬륨은 대부분은 방사성 원소의 핵붕괴로 생성된 알파 입자가 천연 가스에 포획된 상태로 있다가 발굴된다. 1903년, 미국의 천연 가스전에서 다량의 헬륨이 발굴되었다.
헬륨 레이저
그러나 헬륨은 우주에서 수소 다음으로 두 번째로 흔한 원소로서, 은하계 전체 원소의 24%를 차지한다. 태양과 가스 행성(목성, 토성, 천왕성, 해왕성) 들도 수소와 헬륨이 전체의 대부분을 차지하고 있다. 그 외에 항성이 주계열성으로 빛나면서 중심부에서 일어나는 수소 핵융합 반응으로도 일부 생성된다.
알려진 특성 [ 편집 ]
4He의 원자 구조 He의 원자 구조
비활성 기체 [ 편집 ]
헬륨은 가장 반응성이 적은 비활성 기체이다. 그뿐만 아니라 알려진 모든 화학 원소 중에서 가장 반응성이 적다. 거의 모든 조건에서 헬륨은 단원자 분자로 존재하며 반응하지 않는다.
상 변화 [ 편집 ]
헬륨은 매우 높은 압력하에서 고체나 액체의 상태가 될 따라 30% 정도 부피가 감소될 수 있다.[4] 5×107 Pa의 압력에서 헬륨의 용적율은 물의 50배에 달한다.[5] 압력 1기압에서 헬륨은 절대 영도에 도달하여도 고체가 되지 않고 액체 상태를 유지한다. 이는 양자 역학으로 설명되는데, 즉 헬륨의 영점 에너지가 너무 높아 절대 영도에 이르러도 분자 운동이 활발히 유지되기 때문이다. 헬륨을 고체 상태로 유지하기 위해서는 1~1.5 K(약 −272 °C)에서 약 2.5 MPa의 압력을 가해야 한다.[6] 헬륨의 고체 상태와 액체 상태는 굴절률이 같아 분간이 매우 어렵다. 헬륨은 1기압의 압력에서 약 2.3K에서 초유체로 상변이한다. 고압에서 만들어지는 고체 헬륨도 초유체와 비슷한 현상이 발견되었다.
[7] 액체 헬륨 [ 편집 ]저온의 액체 헬륨에는 이상한 성질이 많다. 그중 여러가지가 헬륨이 원가자 보즈 입자라는 사실 때문에 일어난다. 한 가지는 액체 헬륨이 점성 저항(viscous resistance) 없이 흐른다는 사실이다. 그것은 속도가 작은 경우의 ‘마른 물(dry water)’의 이상적인 예이다. 그 이유는 다음과 같다.
액체가 점성을 가지려면 내부 에너지의 손실이 있어야 한다. 즉 액체의 한 부분이 나머지와는 다른 운동을 할 방법이 있어야 하는 것이다. 그것은 원자 몇 개를 나머지 원자들과는 다른 상태로 때려서 보낼 수 있다는 뜻이다. 하지만 충분히 낮은 온도에서는 열운동이 아주 작아지고 모든 원자는 같은 상태로 가려 한다. 몇 개의 원자가 움직이고 있다면 다른 모든 원자들도 따라서 같은 상태로 움직이고 싶어 하는 것이다. 그 운동에는 어떤 경직성(rigidity)이 있어서 독립적인 입자의 경우에 생기는 불규칙한 난류이 형태로 움직임을 깨뜨릴 수가 없다. 보즈 입자로 이루어진 액체는 모든 입자들이 같은 상태로 가려는 강한 경향이 있다. 고온에서는 많은 원자들을 여러 다른 상태들로 보낼 수 있을 만큼 열에너지가 충분하기 때문에 이 같은 협력적인 운동이 일어나지 않는다. 하지만 충분히 낮은 온도에선 헬륨 원자들이 모두 같은 상태로 가려 하는 순간이 갑자기 찾아온다. 헬륨이 초유동체(superfluid)가 되는 것이다. 한 자기 덧붙이자면, 이 현상은 헬륨의 동위 원소 중 원자량이 4인 것들에서만 볼 수 있다. 원자량이 3인 동위 원소는 개개의 원자가 페르미 입자이기 때문에 액체 상태에서 보통의 유체가 된다. 초유동체 현상은 4He에서만 일어나기 때문에 이는 분명히 보즈 입자인 알파 입자의 성질에 의한 양자역학적 효과이다.
용도 [ 편집 ]
헬륨을 이용한 비행선
헬륨을 이용한 조명기구
공기보다 가볍고 비활성 기체임을 이용해 폭발하기 쉬운 수소 대신에 비행선, 풍선, 애드벌룬에 이용된다. 또, 심해 잠수부의 산소통의 질소 대체로 이용된다. 그 이유는 질소보다 헬륨이 혈액에 대한 용해도가 작아 잠수병을 예방할 수 있기 때문이다. 헬륨의 끓는점이 매우 낮은 것을 이용해 초저온 냉각제로 사용되기도 한다.
헬륨은 산화흔적이 남으면 안 되는 용접을 할 때 산소의 접근을 막기 위한 용도로 헬륨 환경을 조성한다. 반도체 등의 제작을 위해 플라즈마를 생성시킬 때 플라즈마의 균일한 정착을 위해 헬륨을 적정량 사용한다.
또한 목소리 변조에 사용되기도 하는데, 헬륨 가스에서는 공기 중에 비해 약 3배정도 전송 속도가 빠르기 때문에 약 10~20초정도 목소리의 음이 높아지는 현상이 발생한다. 단 많은 양을 마실 경우 질식할 수도 있으므로 주의해야 한다.
또 헬륨은 트리믹스에 사용되는데, 트리믹스는 압축 공기에서 질소의 비율을 줄이고 그만큼을 헬륨으로 채운 것이다. 헬륨은 용해도가 매우 낮기 때문에 압축 공기를 사용했을 때(30~40m)보다 더욱 깊이 잠수할 수 있다. 그러나 70m~80m 정도까지 내려가면 헬륨이 용해되어 헬륨 마취 현상이 일어난다.
핵융합 [ 편집 ]
1H→3He→6Be→방사성 붕괴→4He→12C→16O→ 20Ne→24Mg→28Si→56Fe
각주 [ 편집 ]
헬륨의 성질과 쓰임새 총정리~
헬륨의 성질과 쓰임새
벌써 올해의 여름방학이
다가오고 있습니다.
오늘은 우리에게 익숙한
헬륨의 성질과 쓰임새
대해서 알아볼텐테요~
어떻게 사용되고 어떤특징을
가지고 있는지 하나하나
살펴보겠습니다.
헬륨의 성질 부터 알아보면,
헬륨은 원자번호 2번으로
He라고 표기합니다.
표준원자량은 약 4g/mol로
상온에서 색이없는 무색,
냄새가 없는 무취의 성질을 가집니다.
그리고 안정적인 전자배치를
가지고 있기 때문에
폭발성이 없는
비활성기체로 존재합니다.
또한 수소에 이어 우주에서
2번째로 많은 비율로 존재하며,
우주의 질량의 약 25%정도를
차지하고 있습니다.
헬륨의 발견은
1868년에 개기일식을 관찰하던
프랑스의 장센에 의해서
통해 그 존재가 알려지게 되었고,
후에 윌리엄이라는 영국의 과학자와
클레베라는 스웨덴의 과학자를 통해
증명이 되었습니다.
이들은 각각 우라늄 광물의 한 종류인
클레베석이라는 광물로 부터
헬륨 분리하고 스펙트럼선이
일치하는것을 증명하였습니다.
위에서 말했듯이 우주에서는
상당히 많은 비율로 존재하지만,
지구의 대기에서는 0.1%도 안되는
아주 미량의 비율을 가지고 있습니다.
헬륨의 성질과 쓰임새 중
이제 어디에 쓰이는지
하나씩 알아보겠습니다.
우리에게 가장 익숙하게
사용되는것 중 하나는
바로 헬륨풍선입니다.
산소(O2)보다 원자량이 가벼워
공기 중에 떠오르는데 이런 성질에 의해
이벤트용 풍선 등에 사용됩니다.
우리가 입으로 부는 풍선은
이와 다르게 바닥으로 떨어집니다.
공중에 던져도 하늘로 올라가지않고
바닥에 내려앉는 이유는 뭘까요??
이것은 바로 우리가 호흡을 통해서
입으로 불어내는 기체에 있는
이산화탄소 등이 산소보다
무겁기 때문입니다~
다시 본론으로 돌아가서
풍선과 비슷한 원리로
하늘에 떠있는 기구에도 사용되는데,
수소와 다르게 폭발성이 없는 특징을
가지기 때문에 기구에 사용하기
안전하고 공기보다 가볍기 때문입니다.
또한 요즘 스킨스구버가 유행이죠??
여기에도 유용하게 쓰이는데,
깊은 물속에서 잠수을 하다보면
수압에 의해 잠수병이 생길수 있는데요.
물속에서 생길수 있는 잠수병 예방을
위해서도 사용됩니다.
그리고 TV에서 종종 볼수 있는
음성변조에도 쓰이는데요.
헬륨가스를 마시고 말을하면
재미있는 목소리가 나오는 것은
한번쯤 본 기억이 있으실겁니다.
다만, 너무 많이 마시게되면
질식의 위험이 있기 때문에
조심하셔야합니다.
또한 헬륨의 쓰임새에는
건설현장이나 배를 만드들때
정밀한 용접을 위해서도 사용됩니다.
그 외에도
반도체의 제작 과정에도 사용되고,
초전도자석을 만드는데도 필요합니다.
여기까지 헬륨의 성질과 쓰임새에
대해서 알아보았는데요.
다가오는 방학을
즐겁게 보내시길바라고
도움이 되셨으면 좋겠습니다^^
헬륨의 성질과 쓰임새 알아보기
헬륨가스라고 하면 목소리가 변하는 걸로 유명한데요. 다만 우리들이 많이 알고는 있지만 헬륨의 성질과 쓰임새는 잘 모르고 있는 분들이 많으실 것 같습니다. 그래서 헬륨의 성질과 쓰임새는 무엇인지 알아보겠습니다.
학술적으로 핼륨을 표현해보면, 헬륨의 원자번호 2번으로서 He라고 쓰여집니다. 그리고 헬륨의 경우에는 상온에서 노출시 무색이며 냄새가 없는 것이 특징이라고 할수가 있는데요.
원자량은 약 4.002602 g/mol입니다. 실제 헬륨의 원자량은 약 6.68 × 10^(-24) 인데요. 헬륨은 지구에서 대기 중에 0.0000524%로 매우 미량이 함유되어 있습니다. 또한 헬륨은 주기율표를 보면 18족 즉 비활성기체족에 속하는데요.
이는 원소와 마찬가지 1기압 실온에서 단원자 분자 기체로 존재한다는 거이며, 화학반응성은 매우 낮다고 할수 있는데요. 또 우리가 잘 알고 있는 우주내에서 수소가 제일 많이 존재를 하는데,
다음으로 많은 게 헬륨입니다. 이는 우주 질량의 1/4를 차지한다고 알려져 있습니다.
헬륨의 성질과 쓰임새에 대해 알기 전에 헬륨을 발견한 사람들이 누가 있을까요? 먼저 헬륨은 지구보다는 우리에게 없어서는 안될 태양의 스펙트럼에서 발견이 되었다고 합니다. 이를 발견한 사람은 프랑스의 피에르 장센 영국의 노르만 로키어가 대표적인데요.
병원 MRI찰영 그리고 잠수부들이나 스쿠버 다이버들이 사용하는 산소통 냉 질소를 대체하여 헬륨을 넣어 잠수병을 예방하는데 사용을 합니다. 또 고대 암석이나 광물등의 연대측정을 하거나
우리가 예능에서 많이 볼수 있듯이 웃긴 목소리를 낼수 있는 음성의 변조 다양한 방법과 용도로 헬륨이 사용되고 있죠. 이상 헬륨의 성질과 쓰임새에 대해 알아봤습니다.
헬륨의 성질과 쓰임새 에 대해서 알아보자
안녕하세요. 헬륨 다들 아시죠? 헬륨풍선으로 유명하잖아요.그럼 오늘은 헬륨의 성질과 쓰임새에대해서 알아보도록 하겠습니다.
헬륨의 성질입니다. 헬륨은 He라는 원자기호로 일단 쓰이고요, 원자번호는 2번입니다. 무색의 기체이지만 고전압의 전기장에서 헬륨을 보라색을 낸다고 하네요.
헬륨은 색이 없고 냄새도 없으며 맛도 없는 비활성 단원자 기체로 주기율표 18족 맨 위에 있습니다. 헬륨의 녹는점과 끓는점은 원소들 중에서 가장 낮으며 고체는 기압이 무려 2.5MPa 이상이 되어야 존재하게 된다고합니다. 헬륨은 수소 다음으로 우주에서 가장 많이 있는 원소이며 우리 은하에서는 24%를 차지하고 습니다.
헬륨은 2번째로 가장 가벼운 원소입니다. 헬륨은 수소 원자 다음으로 가장 간단한 원자인데요. 실제 헬륨의 원자량은 약 6.68 × 10^(-24) 입니다.헬륨은 지구에서 대기 중에 0.0000524%로 매우 미량이 함유되어 있음을 알수 있습니다.
헬륨은 그럼 어디에 쓸까요? 헬륨의 쓰임새에 대해서 알아보겠습니다.
우리가 놀이공원에서 볼수 있듯이 풍선을 부플려서 뜨게 만드는게 가장 많이 쓰입니다. 헬륨풍선 많이 들어보셧죠?
헬륨가스를 흡입하면 성대 부근의 공기의 밀도가 달라져서 일시적으로 사람의 목소리를 다르게 낼 수 있습니다. 예능프로에서 많이 보셧죠?
단 헬륨가스를 사용할때는 사용요령이 있습니다. 안전수칙을 잘지키셔야지 사고예방을 하실수 있겟죠?
1. 밀폐 장소에서 장시간 사용하지 마세요.
2. 본 고압가스를 신체의 외부에 직접 노출되면 안됩니다.
3. 흡입시 폐나 다른 신체 부위에 심각한 상해나 질식사할 수 있습니다.
4. 환기가 잘 되는 곳에서 사용하세요.
그리고 예전에는 헬륨가스를 이용한 비행선도 있었다고하네요.
헬륨은 -150℃~-273℃를 연구하는 저온학(Cryogenics), 초전도 금속의 냉각제, 상업용 MRI 등에 주로 쓰인다고합니다.
또한 병원의 MRI찰영 그리고 잠수부들이나 스쿠버 다이버들이 사용하는 산소통 냉 질소를 대체하여 헬륨을 넣어 잠수병을 예방하는데 사용을 하기도 합니다.
그리고 고대 암석이나 광물등의 연대측정을 하거나 우주공학에도 헬륨이 이용이 되고 있다고 합니다.이상 헬륨의 성질과 쓰임새에 대해서 보았습니다.
[케뉴-원소 이야기] 헬륨(HE)의 다양한 용도와 희귀성
헬륨 기체 흡입하면 목소리가 얇고 가늘게 변하는 ‘도널드덕 현상’
핵자기공명장치(NMR), 자기공명영상(MRI), 입자가속기 등에 널리 사용
레이저의 광원, 프린터, 광디스크, 바코드 리더 등 일상적인 활용도
땅속에서 채취…약 30년 후에는 모두 고갈될 것 우려
화학의 가장 기본적인 물질인 원소와 우리 생활과의 연관된 이야기들로 독자 여러분들을 찾아가려고 합니다. 원소의 개수가 118개라고 하니 앞으로 다양한 이야기들을 기대해주세요. [편집자주]
주기율표에서 헬륨 /미 국립생명공학정보센터
‘헬륨’이라 하면 풍선 속에 들어 있는 가스를 마시고 웃긴 목소리를 내는 장난이 제일 먼저 생각나기도 한다.
헬륨(Helium)은 주기율표의 가장 오른쪽 위에 붙어있고, 원자 번호 2를 가진 기호 HE인 원소다.
의료용 자기공명영상(MRI) 장치에서도 액체 헬륨을 사용하는데 최근 몇 년 사이에 액체헬륨 공급파동의 징조가 나타나고 가격이 폭등하는 사태가 벌어지기도 했다. 우주에서 수소 다음으로 풍부한 원소인 헬륨은 지구상에는 희귀한 원소인데 매우 가벼운 원소로 지구 중력을 벗어나 우주로 유출되기 때문이다. 가볍고 유용한 특성으로 인해 비행선 충전 기체나 풍선 등으로 일상에서도 널리 사용되고 있다.
헬륨은 그리스어로 태양을 뜻하는 ‘helios’에서 파생된 이름이며, 1868년 프랑스 천문학자 피에르 줄세르 얀센에 의해 태양 색층의 일식 동안 분광법에 의해 발견됐다. 영국 천문학자 조셉 노먼 로커가 독립적으로 발견해 헬륨으로 명명했다.
헬륨의 특징과 다양한 용도
대한화학회에 따르면 헬륨 기체를 흡입하면 목소리가 얇고 가늘게 변하는 ‘도널드덕 현상’이 일어나는데, 낮은 원자량의 헬륨이 말을 할 때 음속을 빠르게 하여 말을 할 때 목소리가 변조된다. 그러나 과도한 헬륨 흡입은 산소 부족을 일으켜 매우 위험하다.
액체 헬륨은 매우 낮은 온도가 필요한데, 미 국립생명공학정보센터에 따르면 헬륨은 모든 원소 중에 녹는점이 가장 낮고, 끓는점이 절대 영도에 가깝기 때문에 극저온 연구에 널리 사용되며, 초전도도 연구에 필수적이다. 또 초전도 자석을 만드는 데도 사용된다.
헬륨의 액화 /대한화학회
온도를 낮추어도 응고될 수 없는 유일한 액체이며, 일반 압력에서 절대 0까지 액체 상태로 유지되지만, 압력을 높이면 쉽게 응고된다.
헬륨가스는 아크(Arc) 용접, 액체 연료 로켓의 연료 탱크, 초음속 풍동에 압력을 가하기 위한 불활성 쉴드 가스로 사용된다. 또 산소와 결합하여 심해 다이버에게 질소가 없는 대기를 생성해 질소 마취로 알려진 상태가 되지 않도록 해준다.
최근 헬륨의 가장 큰 용도 중 하나는 액체 연료 로켓에 압력을 주는 것인데 아폴로 달 임무에 사용되는 유형과 같은 Saturm 부스터는 발사를 위해 약 1300만 피트의 헬륨이 필요했다고 한다.
화학물질의 분석에 사용되는 핵자기공명장치(NMR)나 질환 진단에 사용되는 자기공명영상(MRI), 입자가속기 등에 널리 사용된다. 의료 전문가의 MRI 장치에서 액체 헬륨의 사용이 계속해서 증가하고 있는데 이 장비는 환자를 정확하게 진단해 탐색적 수술이 필요하지 않게 되었다. 또한 레이저의 광원으로도 사용되며, 프린터나 광디스크, 바코드 리더 등에 일상적인 활용도 높다.
헬륨은 다양한 회사의 광고에도 사용되며, 저공비행 순항미사일을 탐지하기 위해 해군과 공군이 개발 중인 다른 리프팅 가스 애플리케이션도 있다. 마약 단속국이 마약 밀수업자들을 탐지하기 위해 레이더가 장착된 비행선을 이용하고 있다고 한다.
헬륨을 이용한 비행선 /사진=픽사베이
헬륨의 고갈
NASA는 현재 헬륨으로 가득 찬 풍선을 이용해 남극의 대기를 표본으로 추출해 무엇이 오존층을 고갈시키고 있는지 그 원인을 파악하고 있다.
헬륨은 지구 대기의 약 0.0005%를 차지하며, 이 미량의 헬륨은 지구에 중력적으로 결합하여 있지 않으며 지속해서 우주로 손실되고, 지구의 대기 헬륨은 지각의 방사성 원소의 붕괴로 대체된다. 모든 천연가스에는 최소한의 미량의 헬륨이 포함되어 있으며 대부분의 헬륨은 천연가스와 함께 땅속에서 채취하고 있는데, 약 30년 후에는 모두 고갈될 것으로 우려되고 있다.
2018년 말 가스저널에 따르면 우리나라가 미국과 카타르, 알제리 등에서 전량 수입해서 사용하던 헬륨이 2년에서 5년가량의 수급 불안정과 공급가격 폭등 사태가 벌어지고 있다고 전한 바 있다. 이러한 헬륨의 공급 부족 현상은 전 세계적으로 플랜트 설비보수와 외교 문제 등이 반복되어왔다고 한다.
2021년 러시아 아무르주 스보보드니 지역에서 대규모 헬륨 플랜트를 건설하고 있다.
전 세계 헬륨 시장의 약 75%가 카타르의 Ras Laffan과 미국 와이오밍의 Exxon Mobil과 BLM이 연결한 파이프라인을 통한 헬륨 정제 시설에서 생산되고 있다고 한다. 미국 이외의 지역에서 1984년에 유일하게 알려진 헬륨 추출 공장은 동유럽 폴란드, 소련, 인도 등에 있다.
헬륨은 불활성 기체로 다른 원소와 쉽게 결합하지 않으며, 헬륨을 포함하는 알려진 화합물은 없지만 미국 에너지부에 따르면 헬륨 디플로리드를 생산하려는 시도가 이루어지고 있다.
케미컬뉴스 김수철 기자
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