수소

수소,  ₁ 시간

플라즈마 상태의 보라색 빛
수소
모습	무색 가스
표준 원자량 A r, std (H)	[1.007 84 , 1.008 11 ] 기존: 1.008 [1]
주기율표 의 수소
수소 헬륨 리튬 베릴륨 붕소 탄소 질소 산소 플루오르 네온 나트륨 마그네슘 알류미늄 규소 인 황 염소 아르곤 칼륨 칼슘 스칸듐 티탄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀렌 브롬 크립톤 루비듐 스트론튬 이트륨 지르코늄 니오브 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 보장 은 카드뮴 인듐 주석 안티몬 텔루르 요오드 크세논 가스 원소 세슘 바륨 란탄 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로퓸 가돌리늄 테르븀 디스프로슘 홀뮴 에르븀 툴륨 이테르븀 루테튬 하프늄 탄탈 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 백금 금 수은(원소) 탈륨 선두 창연 폴로늄 아스타틴 라돈 프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로탁티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 버클륨 캘리포니아 아인슈타늄 페르뮴 멘델레비움 노벨륨 로렌시움 러더포디움 두브늄 시보르기움 보륨 하슘 마이트네리움 다름스타디움 뢴트게늄 코페르니시움 니호늄 플레로비움 모스코비움 리버모리움 테네신 오가네손 – ↑ H ↓ 리 – ← 수소 → 헬륨
원자번호 ( Z )	1
그룹	그룹 1 : 수소 및 알칼리 금속
기간	기간 1
차단하다	S-블록
전자 구성	1초 1
껍질당 전자	1
물리적 특성
STP 에서의  위상	가스
녹는 점	(H 2 )  13.99K (-259.16°C, -434.49°F)
비점	(H 2 ) 20.271K (-252.879°C, -423.182°F)
밀도 (STP에서)	0.08988g/L
액체일 때(  mp 에서 )	0.07g/cm 3 (고체: 0.0763g/cm 3 ) [2]
액체일 때(  bp 에서 )	0.07099g /cm3
트리플 포인트	13.8033K, 7.041kPa
임계점	32.938K, 1.2858MPa
융해열	(H 2 ) 0.117  kJ/mol
기화열	(H 2 ) 0.904kJ/mol
몰 열용량	(H 2 ) 28.836 J/(mol·K)
증기압 피  (Pa) 1 10 100 1k 10k 100k T  (K) 에서  15 20
원자 속성
산화 상태	-1 , +1 (  양쪽성 산화물)
전기 음성도	폴링 척도: 2.20
이온화 에너지	1위: 1312.0kJ/mol
공유 반경	오후 31±5  시
반 데르 발스 반경	오후 120시
수소의 스펙트럼선
기타 속성
자연발생	태고의
결정 구조	육각형
소리의 속도	1310m /s (가스, 27°C)
열 전도성	0.1805 W/(m⋅K)
자기 주문	반자성 [3]
몰 자화율	−3.98 × 10 −6  cm 3 /mol(298K) [4]
CAS 번호	12385-13-6 1333-74-0 (H2 )
역사
발견	헨리 캐번디시 [5] [6] (1766)
이름:	앙투안 라부아지에 [7] (1783)
수소의 주요 동위원소
동위 원소 풍부 반감기 ( t 1/2 ) 감쇠 모드 제품 1 시간 99.98% 안정적인 2 시간 0.02% 안정적인 3 시간 추적하다 12.32년 β - 3 그는
범주: 수소 보다 말하다 편집하다 | 참조

수소 는 기호 H 와 원자 번호 1 을 가진 화학 원소 입니다  . 수소는 가장 가벼운 원소입니다. 표준 조건 에서 수소는 화학식 H ₂ 를 갖는 이원자 분자 의 기체 입니다 . 무색 , 무취 , 무미 , ^[8] 무독성 , 가연성 이다. 수소는 우주 에서 가장 풍부한 화학 물질 로 모든 일반 물질 의 약 75%를 구성합니다 . ^{[9] [주 1]} 태양 과 같은 별 은 주로 플라즈마 상태 의 수소로 구성되어 있다. 지구상의 대부분의 수소는 물 과 유기화합물 과 같은 분자 형태 로 존재한다 . 수소 의 가장 일반적인 동위 원소 (기호 ¹ H)의 경우 각 원자 에는 양성자 1개, 전자 1개, 중성자 가 없습니다.

초기 우주 에서 수소의 핵인 양성자의 형성은 빅뱅 이후 1초 동안 발생했다 . 우주 전체에 걸쳐 중성 수소 원자의 출현은 약 370,000년 후 재결합 시대 ( 전자 가 양성자에 결합된 상태로 유지될 수 있을 만큼 플라즈마 가 냉각 되었을 때)에 발생했습니다. ^[10]

수소는 매우 높은 압력을 제외하고는 비금속 이며 대부분의 비금속 원소와 쉽게 단일 공유 결합을 형성하여 물 및 거의 모든 유기 화합물 과 같은 화합물을 형성 합니다. 수소는 산-염기 반응 에서 특히 중요한 역할을 합니다. 이러한 반응은 일반적으로 가용성 분자 간의 양성자 교환을 포함하기 때문입니다. 이온성 화합물 에서 수소는 수 소화물 로 알려진 음전하(즉, 음이온 )의 형태를 취하거나 기호 H ⁺ 로 표시되는 양으로 하전된(즉, 양이온 ) 종 으로 나타날 수 있습니다 . 더 H⁺ cation is simply a proton (symbol p) but its behavior in aqueous solutions and in ionic compounds involves screening of its electric charge by nearby polar molecules or anions. Because hydrogen is the only neutral atom for which the Schrödinger equation can be solved analytically,^[11] the study of its energetics and chemical bonding has played a key role in the development of quantum mechanics.

수소 가스는 16세기 초 금속과 산의 반응에 의해 인공적으로 처음 생성되었습니다. 1766-1781년에 Henry Cavendish 는 수소 가스가 별개의 물질 이라는 것과 ^[12] 연소될 때 물을 생성한다는 사실을 처음으로 인식한 사람이었습니다. 이 속성은 나중에 이름이 붙여졌습니다. 그리스어로 수소는 "물을 형성하는"을 의미합니다. .

산업 생산 은 주로 천연 가스 의 증기 개질 , 석유 개질 또는 석탄 가스화 로 이루어집니다 ^[13] . 물의 전기분해 와 같은 보다 에너지 집약적인 방법을 사용하여 소량도 생산됩니다 . ^{[13] [14]} 대부분의 수소는 생산 현장 근처에서 사용되며 가장 큰 두 가지 용도는 화석 연료 처리(예: 수소화분해 )와 암모니아 생산이며 대부분 비료 시장에 사용됩니다. 수소는 많은 금속 을 취화 시킬 수 있기 때문에 야금 에서 문제가 됩니다. ^[15]파이프라인 및 저장 탱크 의 설계를 복잡하게 만듭니다 . ^[16]

속성

연소

수소 가스( 이수소 또는 분자 수소) ^[17] 는 인화성이 높습니다.

2 H ₂ (g) + O ₂ (g) → 2 H ₂ O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol) ^{[주 2]}

연소 엔탈피 는 -286 kJ/mol입니다. ^[18]

수소 가스는 4-74% 농도의 공기와 5-95% 농도의 염소와 함께 폭발성 혼합물을 형성 ^합니다 . 폭발 반응은 스파크, 열 또는 햇빛에 의해 유발될 수 있습니다. 공기 중에서 자연 발화되는 온도인 수소 자동 발화 온도 는 500°C(932°F)입니다. ^[20]

불꽃

순수한 수소-산소 불꽃 은 자외선 을 방출하고 높은 산소 혼합으로 인해 육안으로는 거의 보이지 않습니다 . 과염소산 암모늄 합성물 . 연소 수소 누출을 감지하려면 화염 감지기 가 필요할 수 있습니다 . 이러한 누출은 매우 위험할 수 있습니다. 다른 조건에서 수소 불꽃은 파란색으로, 파란색 천연 가스 불꽃과 유사합니다. ^[21] 힌덴부르크 비행선 의 파괴수소 연소의 악명 높은 예였으며 원인은 여전히 ​​논쟁 중입니다. 사진에서 보이는 화염은 비행선의 피부가 타는 탄소 화합물의 결과였습니다. ^[22]

반응물

H _{2 는} 할로겐 이나 산소 와 같은 이원자 원소에 비해 반응성이 없습니다. 이 낮은 반응성의 열역학적 기초는 결합 해리 에너지 가 435.7 kJ/mol인 매우 강한 HH 결합입니다. 낮은 반응성의 운동학적 기초는 H 2 의 비극성 성질 ^과 약한 분극성이다 _. 염소 및 불소 와 자발적으로 반응하여 각각 염화수소 및 불화 수소 를 형성 합니다. H 2 의 반응성 ^은 _{금속 촉매} 의 존재에 의해 크게 영향을 받는다. 따라서 H ₂ 와 O 의 혼합물은₂ 또는 공기가 불꽃이나 화염에 의해 500C 이상으로 가열될 때 쉽게 연소되며 촉매가 없는 상온에서 반응하지 않습니다.

전자 에너지 준위

수소 원자에 있는 전자  의 바닥 상태 에너지 준위 는 -13.6 eV , ^[25] 이는 대략 91  nm 파장 의 자외선 광자 에 해당합니다. ^[26]

수소의 에너지 준위는 원자의 보어 모델 을 사용하여 상당히 정확하게 계산할 수 있습니다. 보어 모델 은 전자를 태양의 지구의 궤도와 유사하게 양성자를 "궤도"하는 것으로 개념화합니다. 그러나 원자 전자와 양성자는 전자기력 에 의해 함께 유지 되고 행성과 천체는 중력 에 의해 유지됩니다 . 초기 양자 역학 에서 보어가 가정한 각운동량 의 이산화 때문에 보어 모델의 전자는 양성자로부터 특정 허용 거리만 차지할 수 있으므로 특정 허용 에너지만 차지할 수 있습니다. ^[27]

수소 원자에 대한 보다 정확한 설명은 슈뢰딩거 방정식 , 디랙 방정식 또는 파인만 경로 적분 공식 을 사용 하여 양성자 주위의 전자 의 확률 밀도 를 계산 하는 순수한 양자 기계적 처리에서 나옵니다 . 가장 복잡한 처리는 특수 상대성 이론 ^과 진공 분극 의 작은 효과를 허용합니다 . 양자 역학 처리에서 바닥 상태의 수소 원자에 있는 전자는 각운동량을 전혀 갖지 않습니다. 이는 "행성 궤도"가 전자 운동과 어떻게 다른지를 보여줍니다.

스핀 이성질체

분자 H ₂ 는 두 개의 스핀 이성질체 , 즉 핵 의 스핀 상태 만 다른 화합물 로 존재합니다. ^오르토 수소 형태 에서는 두 핵의 스핀이 평행 하여 전체 분자 스핀 을 갖는 스핀 삼중항 상태 를 형성한다. ${\디스플레이 스타일 S=1}$; parahydrogen 형태에서 스핀은 역평행하고 스핀을 갖는 스핀 단일 항 상태 를 형성합니다.${\디스플레이 스타일 S=0}$. 오르토 수소 대 파라 수소의 평형 비율은 온도에 따라 다릅니다. 실온 또는 그 이상의 온도에서 평형 수소 기체는 약 25%의 파라 형태와 75%의 오르토 형태를 포함합니다. Ortho 형태는 들뜬 상태 로 para 형태보다 1.455 kJ/mol 더 높은 에너지를 가지며 ^{[ 31]} 저온으로 냉각되면 몇 분 동안 para 형태로 전환된다. ^형태 의 열적 특성은 허용되는 회전 양자 상태 가 다르기 때문에 다르며 , 결과적으로 열용량과 같은 열적 특성이 다릅니다. ^[33]

_{H 2} 의 ortho-to-para 비 는 액체 수소 의 액화 및 저장 에서 중요한 고려 사항입니다. ortho에서 para로의 전환은 발열 반응 이며, 동안에 parahydrogen으로 먼저 전환되지 않으면 대부분의 액체를 증발시키기에 충분한 열을 생성합니다. 냉각 과정. 산화철 및 활성탄 화합물과 같은 ortho-para 상호전환을 위한 ^촉매 는 이러한 액체 손실을 피하기 위해 수소 냉각 중에 사용됩니다. ^[35]

단계

• 기체 수소
• 액체 수소
• 슬러시 수소
• 고체 수소
• 금속수소
• 플라즈마 수소

화합물

공유 및 유기 화합물

H ₂ 는 표준 조건에서 반응성이 크지 않지만 대부분의 원소와 함께 화합물을 형성합니다. 수소는 할로겐 (F, Cl, Br, I) 또는 산소 와 같이 전기음성 도가 더 큰 원소와 화합물을 형성할 수 있습니다 . 이 화합물에서 수소는 부분적인 양전하를 띤다. ^[36] 더 전기 음성도가 높은 원소, 특히 불소 , 산소 또는 질소 에 결합할 때 , 수소는 고독한 쌍을 가진 다른 전기 음성 원소와 중간 강도의 비공유 결합 형태에 참여할 수 있습니다. 이러한 현상을 수소 결합 이라고 합니다. 많은 생물학적 분자의 안정성.^{[37] [38]} 수소는 또한 금속 및 준 금속과 같이 전기음성도가 낮은 원소를 가진 화합물을 형성하며, 여기서 부분적인 음전하를 띤다. 이러한 화합물은 종종 수소화물 로 알려져 있습니다. ^[39]

수소는 탄화수소 라고 하는 탄소 와 함께 방대한 배열의 화합물을 형성 하고, 생물과의 일반적인 연관성 때문에 유기 화합물 이라고 하는 헤테로원자 와 함께 훨씬 더 광범위한 배열을 형성합니다 . ^[40] 그들의 특성에 대한 연구는 유기 화학 으로 알려져 있고 ^[41] 살아있는 유기체 의 맥락에서 그들의 연구는 생화학 으로 알려져 있습니다 . ^[42]일부 정의에 따르면 "유기" 화합물은 탄소를 포함하기만 하면 됩니다. 그러나 그들 대부분은 또한 수소를 포함하고 있으며 이러한 종류의 화합물에 대부분의 특정 화학적 특성을 부여하는 것은 탄소-수소 결합이기 때문에 화학에서 "유기"라는 단어의 일부 정의에서 탄소-수소 결합이 필요합니다. ^수백만 개의 탄화수소 가 알려져 있으며 일반적으로 원소 수소를 거의 포함하지 않는 복잡한 경로에 의해 형성됩니다.

수소는 많은 희토류 와 전이금속 에 잘 녹고 ^[43] , 나노결정질과 비정질 금속 모두에 잘 녹습니다 . ^금속 의 수소 용해도 는 결정 격자 의 국부적인 왜곡이나 불순물에 의해 영향을 받는다 . ^이러한 특성은 수소가 뜨거운 팔라듐 디스크 를 통과하여 정제될 때 유용할 수 있지만 가스의 높은 용해도는 야금학적 문제 로 많은 금속의 취화에 ^기여 하여 파이프 라인과 저장 탱크의 설계를 복잡하게 만듭니다. ^[16]

수소화물

수소 화합물은 종종 상당히 느슨하게 사용되는 용어 인 수소화물 이라고 합니다. "수소화물"이라는 용어는 H 원자가 H ^{- 로 표시되는 음 또는 음이온 특성을 획득했음을 암시하며, 수소가 더} 전기양성 적인 원소 를 갖는 화합물을 형성할 때 사용됩니다 . 1916년 Gilbert N. Lewis 가 그룹 1 및 2 염류 수소화물에 대해 제안한 수소화물 음이온 의 존재는 1920년 Moers에 의해 용융된 수소화리튬 (LiH) 의 전기분해에 의해 입증되었으며, 이때 화학양 론적 양의 수소가 생성됩니다. 양극. ^[46]1족 및 2족 금속 이외의 수소화물의 경우, 수소의 낮은 전기 음성도를 고려할 때 이 용어는 오해의 소지가 있습니다. 2족 수소화물의 예외는 BeH 입니다.
₂, 이는 고분자입니다. 리튬 알루미늄 하이드라이드 에서 AlH 는^-
₄음이온은 Al(III)에 단단히 부착된 수소화 중심을 가지고 있습니다.

수소화물은 거의 모든 주족 원소로 형성될 수 있지만 가능한 화합물의 수와 조합은 매우 다양합니다. 예를 들어, 100개 이상의 이원 보란 수소화물이 알려져 있지만 이원 알루미늄 수소화물은 단 하나입니다. ^이진 수소화 인듐 은 더 큰 착물이 존재하지만 아직 확인되지 않았습니다. ^[48]

무기 화학 에서 수소화물은 배위 복합체 에서 두 개의 금속 중심을 연결하는 가교 리간드 역할을 할 수도 있습니다 . 이 기능은 13족 원소 , 특히 붕소 ( 수소화 붕소 ) 및 알루미늄 착물, 클러스터형 카르 보란 에서 특히 일반적입니다 . ^[49]

양성자와 산

수소의 산화는 전자를 제거하고 전자 를 포함하지 않는 H ⁺ 와 일반적으로 하나의 양성자로 구성된 핵 을 생성합니다. 그렇기 때문에 H⁺
종종 양성자라고합니다. 이 종은 산 에 대한 논의의 중심 입니다. Brønsted-Lowry 산-염기 이론 에 따르면 산은 양성자 공여체이고 염기는 양성자 수용체입니다.

노출된 양성자 H⁺
, 전자가 있는 다른 원자나 분자에 멈출 수 없는 인력 때문에 용액이나 이온 결정에는 존재할 수 없습니다. 플라즈마와 관련된 고온을 제외하고 그러한 양성자는 원자와 분자 의 전자 구름 에서 제거될 수 없으며 부착된 상태로 유지됩니다. 그러나 '양성자'라는 용어는 때때로 이러한 방식으로 다른 종에 부착된 양전하 또는 양이온성 수소 를 나타내기 위해 느슨하고 은유적으로 사용되며 , 따라서 " H⁺
" 어떤 단일 양성자가 종으로 자유롭게 존재한다는 의미는 없습니다.

용액에서 노출된 "용매화된 양성자"의 의미를 피하기 위해 산성 수용액은 때때로 " 하이드로늄 이온"( H
_삼영형⁺
). 그러나 이 경우에도 이러한 용매화된 수소 양이온은 H에 더 가까운 종을 형성하는 클러스터로 구성되는 것으로 보다 현실적으로 생각됩니다.
₉영형⁺
₄. 다른 옥소 ^늄 이온 은 물이 다른 용매와 함께 산성 용액에 있을 때 발견됩니다. ^[51]

지구에서는 이국적이지만 우주에서 가장 흔한 이온 중 하나는 H⁺
₃양성자화된 분자 수소 또는 삼수소 양이온 으로 알려진 이온 . ^[52]

동위원소

수소에는 3개의 자연 발생 동위 원소가 있습니다.¹
에이 ,²
H 와^삼
H . 기타 매우 불안정한 핵(⁴
~ 에⁷
H ) 실험실에서 합성되었지만 자연에서는 관찰되지 않았습니다. ^{[53] [54]}

• ¹
  H 는 99.98% 이상 존재하는 가장 흔한 수소 동위원소입니다. 이 동위원소의 핵 은 단 하나의 양성자로 구성되어 있기 때문에설명적이지만 정식 명칭인 protium 은 거의 사용되지 않습니다 . ^중성자 가 없다는 점에서 모든 안정 동위원소 중에서 유일하다. 다른 사람들이 존재하지 않는 이유에 대한 논의는 diproton 을 참조하십시오
• ²
  다른 안정한 수소 동위원소인 H 는 중수소 로 알려져 있으며양성자 1개와 중성자 1개를 포함 합니다. 우주의 모든 중수소는 빅뱅 당시 생성된 것으로 생각되며, 그 이후로도 지속되어 왔다. 중수소는 방사성이 아니며 심각한 독성 위험을 나타내지 않습니다. 일반 수소 대신 중수소를 포함하는 분자가 풍부한 물을 중수라고 합니다 . 중수소 및 그 화합물은 화학 실험 및 용제에서 비방사성 라벨로 사용됩니다.¹
  H - NMR 분광법 . ^중수 는 원자로 의 중성자 감속재 및 냉각제 로 사용된다 . 중수소는 또한 상업적 핵융합 을 위한 잠재적인 연료입니다 . ^[57]
• ^삼
  H 는 삼중수소 로 알려져있으며 핵에 양성자 1개와 중성자 2개를 포함합니다. 그것은 방사성이며 12.32년 의 반감기로 베타 붕괴 를통해 헬륨-3으로 붕괴합니다. ^[49] 방사능이 너무 강해서 야광 페인트 에 사용할 수 있어 시계 등의 물건에 유용하다. 유리는 소량의 방사선이 나가는 것을 방지합니다. ^소량 의 삼중수소는 우주선과 대기 가스의 상호 작용에 의해 자연적으로 생성됩니다. 삼중수소는 핵무기 실험 중에도 방출되었습니다. ^[59] 핵융합 반응에 사용되며, ^[60]동위원소 지구화학 의 추적자 , ^[61] 및 특수 자체 전원 조명 장치. ^트리튬 은 또한 화학 및 생물학적 표지 실험에서 방사성 표지 로 사용되었습니다 . ^[63]

요소들 중에서 고유하므로 오늘날 일반적으로 사용되는 동위원소에 고유한 이름이 할당됩니다. 방사능 연구 초기에는 다양한 중방사성 동위원소에 고유한 이름이 붙었지만 중수소와 삼중수소 외에는 더 이상 그런 이름을 사용하지 않습니다. 기호 D 및 T(대신²
H 와^삼
H )는 때때로 중수소와 삼중수소에 사용되지만 기호 P는 이미 인 에 사용 중이므로 protium에는 사용할 수 없습니다. ^[64] 명명 지침에서 IUPAC ( International Union of Pure and Applied Chemistry )는 D, T,²
H , 그리고^삼
H 를 사용하지만²
H 와^삼
H 가 바람직하다. ^[65]

안티뮤온 과 전자 로 구성된 이국적인 원자 뮤 오늄 (기호 Mu) 도 수소의 가벼운 방사성 동위원소로 간주될 수 있습니다. ^[66] 뮤온은 일생과 함께 붕괴하기 때문에2.2  µs , 뮤오늄은 관찰 가능한 화학 반응을 나타내기에는 너무 불안정합니다. 그럼에도 불구하고, 뮤오늄 화합물 은 안티뮤온과 양성자 사이의 질량 차이로 인해 양자 시뮬레이션 을 위한 중요한 테스트 케이스이며 , ^{[68] IUPAC} 명명법은 뮤오늄 클로라이드(MuCl) 및 나트륨 뮤오나이드(NaMu)와 같은 가상 화합물을 통합합니다. 각각 염화수소 및 수소화나트륨 과 유사합니다 . ^[69]

역사

발견 및 사용

1671년에 로버트 보일 은 철 가루와 묽은 산 사이의 반응을 발견하고 기술하여 수소 가스를 생성합니다. ^{[70] [71]} 1766년 Henry Cavendish 는 금속-산 반응 에서 나오는 가스를 "인화성 공기"라고 명명하여 수소 가스를 이산 물질로 처음 인식했습니다 . 그는 "가연성 공기"가 실제로 " 플로지스톤 " ^이라고 불리는 가상의 물질과 동일하다고 추측했으며 , ¹⁷⁸¹ 년에 가스가 연소될 때 물을 생성한다는 사실을 추가로 발견했습니다. 그는 일반적으로 수소를 원소로 발견한 공로를 인정받습니다. ^{[5] [6]}1783년, 앙투안 라부아지에 는 그와 라플라스 가 수소가 연소될 때 물이 생성된다는 캐번디쉬의 발견을 재현 했을 때 원소에 수소라는 이름을 부여했습니다(그리스어 ὑδρο- "물"을 의미하는 ὑδρο- hydro 와 "이전"을 의미하는 -γενής 유전자 에서) ^{[74] . [6]}

라부아지에 는 불에 가열된 백열 철관을 통해 증기의 흐름과 금속성 철 을 반응시켜 질량 보존 실험을 위해 수소를 생산했습니다. 고온에서 물의 양성자에 의한 철의 혐기성 산화는 다음 반응 세트로 개략적으로 나타낼 수 있습니다.

1) Fe + H ₂ O → FeO + H ₂

2) Fe + 3 H ₂ O → Fe ₂ O ₃ + 3 H ₂

3) Fe + 4 H ₂ O → Fe ₃ O ₄ + 4 H ₂

지르코늄 과 같은 많은 금속 은 물과 유사한 반응을 일으켜 수소를 생성합니다.

수소는 재생 냉각 과 그의 발명품인 진공 플라스크 를 사용하여 1898년 James Dewar 에 의해 처음 으로 액화 되었습니다 . ^[6] 그는 이듬해 고체 수소 를 생산 했다. ^[6] 중수소 는 1931년 12월 Harold Urey 에 의해 발견되었고, 삼중수소 는 1934년 Ernest Rutherford , Mark Oliphant 및 Paul Harteck 에 의해 제조되었습니다 . ^[5] 일반 수소 대신에 중수소로 구성된 중수 는 1932년 Urey의 그룹에 의해 발견되었습니다. ^[6] François Isaac de Rivaz 는 1806년에 수소와 산소의 혼합물로 구동되는 내연 기관인 de Rivaz 엔진 을 최초로 제작했습니다. Edward Daniel Clarke 는 1819년에 수소 가스 송풍관을 발명했습니다. Döbereiner의 램프 와 각광 은 1823년에 발명되었습니다 ^{. [6]}

최초의 수소로 채워진 풍선 은 1783년 Jacques Charles 에 의해 발명되었습니다 . ^[6] 수소는 Henri Giffard 에 의한 최초의 수소 인양 비행선의 1852년 발명에 이어 최초의 신뢰할 수 있는 항공 여행 형태를 위한 리프트를 제공했습니다 . ^[6] 독일 백작 페르디난트 폰 체펠린(Ferdinand von Zeppelin )은 나중에 Zeppelins 라고 불리는 수소로 들어 올려진 단단한 비행선의 아이디어를 장려했습니다 . 첫 번째는 1900년에 첫 비행을 했습니다 ^{. [6]}1910년에 정기 항공편이 시작되어 1914년 8월 제1차 세계 대전이 발발할 때까지 35,000명의 승객을 큰 사고 없이 운송했습니다. 수소 인양 비행선은 전쟁 기간 동안 관측 플랫폼과 폭격기로 사용되었습니다.

최초의 논스톱 대서양 횡단은 1919년 영국 비행선 R34 에 의해 이루어졌습니다. 1920년대에 정기 여객 서비스가 재개되었고 미국에서 헬륨 매장량이 발견되어 안전성이 향상될 것이라고 약속했지만 미국 정부는 이를 위해 가스 판매를 거부했습니다. . 따라서 H2 는 1937년 ₅ 월 6일 뉴저지 상공에서 발생한 화재로 소실된 힌덴부르크 비행선 에 사용되었다 . ^[6] 이 사건은 라디오로 생중계되어 촬영되었다. 누출된 수소의 점화가 원인으로 널리 추정되지만 이후 조사에서는 정전기 에 의해 알루미늄 코팅된 직물 코팅 의 점화가 지적됨. 그러나 리프팅 가스 로서의 수소의 명성에 대한 손상 은 이미 끝났고 상업용 수소 비행선 여행 은 중단되었습니다 . 수소는 여전히 불연성이지만 더 비싼 헬륨보다 우선적으로 기상 기구 의 리프팅 가스로 사용 됩니다.

같은 해 에 Dayton Power & Light Co.에 의해 1937년 오하이오주 Dayton 에서 기체 수소를 회전자와 고정자의 냉각제 로 사용한 최초의 수소 냉각식 터보 발전기 가 가동되었습니다 . ^[75] 수소 가스의 열전도율과 점도가 매우 낮아 공기보다 항력이 낮기 때문에 오늘날 이 분야에서 대형 발전기(일반적으로 60MW 이상, 소형 발전기는 일반적 으로 공냉식 ) 에 사용되는 가장 일반적인 유형입니다. .

니켈 수소 배터리 는 1977년 미 해군의 항법 위성 2호(NTS-2)에 처음 사용되었습니다. ^[76] 예를 들어 ISS , ^[77] 마스 오디세이 ^[78] , 마스 글로벌 서베이어 ^[79] 에는 니켈 수소 배터리가 장착되어 있습니다. 궤도의 어두운 부분에서 허블 우주 망원경 은 또한 니켈-수소 배터리로 구동되며, 이 배터리는 발사 후 19년 이상, 설계 수명이 13년 더 지난 2009년 5월에 ^{마침내 교체되었습니다. [81]}

양자 이론에서의 역할

양성자와 전자로만 구성된 단순한 원자 구조 때문에 수소 원자 는 이로부터 생성되거나 흡수되는 빛의 스펙트럼과 함께 원자 구조 이론의 발전에 중심이 되었습니다. ^{또한 , 수소 분자와 상응하는 양이온} H 의 상응하는 단순성에 대한 연구⁺
₂1920년대 중반에 수소 원자의 양자 기계적 처리가 개발된 직후 뒤따른 화학 결합 의 특성에 대한 이해를 가져왔습니다 .

명시적으로 확인된(당시에는 이해되지 않은) 최초의 양자 효과 중 하나는 완전한 양자 역학 이론 이 도착 하기 반세기 전에 수소와 관련된 Maxwell 관찰이었습니다 . Maxwell 은 H _{2 의} 비열용량 이 상온 아래 에서 2 원자 가스의 비열 용량과 비교할 수 없을 정도로 멀어지고 극저온에서 1원자 가스의 비열 용량과 점점 더 유사해지기 시작한다는 것을 관찰했습니다. 양자 이론에 따르면, 이 거동은 (양자화된) 회전 에너지 준위의 간격에서 발생하며, 이는 특히 H _{2 에서 넓은 간격으로 나타납니다.}낮은 질량 때문입니다. 이러한 넓은 간격의 준위는 낮은 온도에서 수소의 회전 운동으로 열 에너지가 균등하게 분배되는 것을 억제합니다. 더 무거운 원자로 구성된 이원자 가스는 수준이 그렇게 넓지 않고 동일한 효과를 나타내지 않습니다. ^[83]

항수소 (
시간
)는 수소에 대응 하는 반물질 이다. 그것은 양전자 가 있는 반양성자 로 구성됩니다 . 반수소는 2015년 현재 생산된 유일한 반물질 원자 유형입니다 . ^{[84] [85][update]}

우주의 보급과 분포

수소는 원자 H로서 우주에서 가장 풍부한 화학 원소 로, 질량 으로 일반 물질 의 75% , 원자 수로 90% 이상을 구성합니다. (그러나 우주의 질량의 대부분은 화학원소형 물질의 형태가 아니라 암흑물질 , 암흑에너지 등 아직 발견되지 않은 형태의 질량으로 발생한다고 가정된다 . ^[86] ) 이 원소 는 별과 거대한 가스 행성 에서 매우 풍부하게 발견됩니다 . H _{2 의} 분자 구름 은 별 형성 과 관련이 있습니다. 수소는 별 에 동력을 공급하는 데 중요한 역할을 합니다.태양 질량이 약 1 정도로 매우 낮은 별의 경우 양성자-양성자 반응 을 통해, 우리 태양 보다 무거운 별의 경우 CNO 핵융합 주기 를 통해 . ^[87]

주

우주 전체에서 수소는 대부분 원자 및 플라스마 상태에서 발견되며, 분자 수소와는 상당히 다른 특성을 가지고 있습니다. 플라즈마로서 수소의 전자와 양성자는 함께 결합되지 않아 매우 높은 전기 전도도와 높은 방사율(태양 및 기타 별에서 빛 생성)을 생성합니다. 하전 입자는 자기장과 전기장의 영향을 많이 받습니다. 예를 들어, 태양풍 에서 그들은 지구의 자기권 과 상호 작용 하여 버클랜드 해류 와 오로라 를 발생 시킵니다.

수소는 원자가 거의 충돌하고 결합하지 않기 때문에 성간 매질 의 중성 원자 상태에서 발견됩니다. 그것들은 원시 수소를 탐사하기 위해 감지되는 1420MHz에서 21cm 수소 라인 의 소스입니다. ^[88] 감쇠된 라이만-알파 시스템 에서 발견되는 다량의 중성 수소 는 z  = 4 의 적색편이 까지 우주의 우주 중입자 밀도 를 지배하는 것으로 생각됩니다 . ^[89]

지구상의 일반적인 조건에서 원소 수소는 이원자 기체 H ₂ 로 존재합니다 . 수소 가스는 가벼운 무게 때문에 지구 대기( 부피 기준 1ppm )에서 매우 드물며, 이는 무거운 가스보다 더 빠르게 대기에서 빠져나갈 수 있습니다. 그러나 수소는 지구 표면에서 세 번째로 풍부한 원소이며 ^[90] 대부분 탄화수소 와 물 과 같은 화합물 의 형태입니다. ^[49]

양성자화된 분자 수소 ( H⁺
₃)은 성간 매질에서 발견되며, 우주 광선 으로부터 분자 수소의 이온화에 의해 생성됩니다 . 이 이온은 목성 의 상층 대기에서도 관찰되었습니다 . 이온은 낮은 온도와 밀도로 인해 우주 공간 환경에서 비교적 안정적입니다. 시간⁺
₃우주에서 가장 풍부한 이온 중 하나이며 성간 매질의 화학에서 주목할만한 역할을 합니다. ^중성 삼원 자 수소 H3 는 _들뜬 형태로만 존재할 수 있고 불안정하다. ^{이에 반해} , 양의 수소 분자 이온 ( H⁺
₂)은 우주에서 보기 드문 분자이다.

생산

시간
₂화학 및 생물학 실험실에서 종종 다른 반응의 부산물로 생성됩니다. 불포화 기질 의 수소화 산업에서 ; 자연 에서 생화학 반응에서 환원 당량 을 배출하는 수단으로 사용 됩니다.

물 전기분해

물의 전기분해는 수소를 생산하는 간단한 방법입니다. 전류가 물을 통해 흐르고 기체 산소가 양극 에서 형성되고 기체 수소가 음극 에서 형성됩니다 . 일반적으로 음극은 저장을 위해 수소를 생산할 때 백금 또는 다른 불활성 금속으로 만들어집니다. 그러나 가스가 현장에서 연소되어야 하는 경우 연소를 돕기 위해 산소가 바람직하므로 두 전극 모두 불활성 금속으로 만들어집니다. (예를 들어, 철은 산화되어 방출되는 산소의 양을 줄입니다.) 이론적인 최대 효율(사용된 전기 대 생산된 수소의 에너지 값)은 88-94% 범위입니다. ^{[93] [94]}

2 시간
₂오 (l) → 2 시간
₂(g) + 오
₂(G)

메탄 열분해(공업적 방법)

천연 가스 메탄 열분해 를 사용한 수소 생산 은 최근의 "온실 가스 없음" 1단계 공정입니다. 이 방법을 사용하여 대량 생산을 개발하는 것은 산업 공정, ^{[ 97] 연료} 전지 전기 대형 트럭 운송, ^{[98] [99] [100] [101]} 및 가스 터빈 발전에서. ^{메탄 열분해} 는 메탄 CH
₄고온(1340K, 1065°C 또는 1950°F)에서 용융 금속 촉매를 통해 버블링됩니다. 이로 인해 메탄이 H 로 분해됩니다.
₂가스 및 고체 탄소 C, ^{[104] [105]} 온실 가스 배출이 없습니다. ^{[106] [107]}

채널
₄(g) → C(s) + 2 H
₂(g) ΔH° = 74 kJ/mol

산업 품질의 고체 탄소는 제조 공급 원료로 판매되거나 영구적으로 매립될 수 있으며, 대기로 방출되지 않으며 매립지의 지하수 오염이 없습니다. 메탄 열분해는 개발 중이며 상업적인 대량 수소 생산에 적합한 것으로 간주됩니다. BASF 의 "규모에 따른 메탄 열분해" 파일럿 플랜트에서 대량 생산이 평가되고 있습니다. ^[108] 칼스루에 액체금속연구소(KALLA) ^[109] 와 캘리포니아 대학교 산타바바라의 화학공학연구소 ^{[110] 를 포함한 여러 실험실에서 추가 연구가 계속되고 있습니다.}

기타 산업적 방법

수소는 종종 물을 메탄 및 일산화탄소 와 반응시켜 매우 높은 온도에서 탄화수소로부터 수소를 제거하여 생성되며, 수소 생성의 48%는 증기 개질 에서 발생 합니다. ^{그런 다음 수증기} 는 수증기 개질에 의해 생성된 일산화탄소와 반응하여 이를 이산화탄소로 산화시키고 물을 수소로 바꿉니다. 상업용 벌크 수소는 일반적으로 대기 온실 가스의 방출 또는 CCS 및 기후 변화 완화 를 사용한 ^포집 과 함께 천연 가스 의 증기 개질에 의해 생산됩니다 . 증기 개질은 보쉬 공정 이라고도 합니다.수소의 산업적 준비에 널리 사용됩니다.

고온(1000–1400K, 700–1100°C 또는 1300–2000°F)에서 증기(수증기)는 메탄 과 반응하여 일산화탄소와 H 를 생성합니다.
₂.

채널
₄+ H
₂O → CO + 3 H
₂

이 반응은 낮은 압력에서 유리하지만 그럼에도 불구하고 높은 압력(2.0 MPa, 20 atm 또는 600  inHg )에서 수행됩니다. 이것은 고압 H 때문입니다.
₂가장 시장성이 있는 제품이며 압력 변동 흡착 (PSA) 정화 시스템은 더 높은 압력에서 더 잘 작동합니다. 생성물 혼합물은 종종 메탄올 및 관련 화합물 의 생산에 직접 사용되기 때문에 " 합성 가스 " 로 알려져 있습니다 . 메탄 이외의 탄화수소 는 다양한 제품 비율로 합성 가스를 생산하는 데 사용할 수 있습니다. 고도로 최적화된 이 기술의 많은 합병증 중 하나는 코크스 또는 탄소의 형성입니다.

채널
₄→ C + 2 시간
₂

결과적으로 증기 개질은 일반적으로 과량의 H 를 사용합니다.
₂오 . 특히 산화철 촉매 를 사용하여 수성 가스 이동 반응 을 통해 일산화탄소를 사용하여 증기에서 추가 수소를 회수할 수 있습니다 . 이 반응은 또한 일반적인 산업적 이산화탄소 공급원입니다 . ^[113]

CO + H
₂오 → 일산화
₂+ H
₂

CO 및 H 에 대한 기타 중요한 방법
₂생산에는 탄화수소의 부분 산화가 포함됩니다. ^[114]

2 채널
₄+ 오
₂→ 2 CO + 4 H
₂

및 위의 전환 반응의 서곡 역할을 할 수 있는 석탄 반응: ^[113]

C + H
₂오 → CO + H
₂

수소는 때때로 분리되지 않고 동일한 산업 공정에서 생산되고 소비됩니다. 암모니아 생산을 위한 Haber 공정 에서 수소는 천연 가스에서 생성됩니다. 염소 를 생성 하기 위한 염수 ^의 전기분해 는 또한 부산물로서 수소를 생성한다. ^[116]

금속산

많은 금속이 물과 반응하여 H 를 생성합니다.
₂그러나 수소 발생 속도는 금속, pH 및 합금제의 존재 여부에 따라 다릅니다. 가장 일반적으로 수소 발생은 산에 의해 유도됩니다. 알칼리 및 알칼리 토금속, 알루미늄, 아연, 망간 및 철은 수성 산과 쉽게 반응합니다. 이 반응은 한때 실험실 가스 공급원으로 사용되었던 Kipp의 장치 의 기초입니다.

아연 + 2H⁺
→ 아연²⁺
+ H
₂

산이 없을 때 H 의 진화
₂더 느립니다. 철은 구조 재료로 널리 사용되기 때문에 혐기성 부식 은 기술적으로 중요합니다.

철 + 2H
₂O → Fe(OH)
₂+ H
₂

Many metals, such as aluminium, are slow to react with water because they form passivated coatings of oxides. An alloy of aluminium and gallium, however, does react with water.^[117] At high pH, aluminium can produce H
₂:

2 Al + 6 H
₂O + 2 OH⁻
→ 2 Al(OH)⁻
₄ + 3 H
₂

Some metal-containing compounds react with acids to evolve H
₂. Under anaerobic conditions, ferrous hydroxide (Fe(OH)
₂) can be oxidized by the protons of water to form magnetite and H
₂. This process is described by the Schikorr reaction:

3 철(OH)
₂→ 철
_삼영형
₄+ 2 시간
₂오 + H
₂

이 과정은 무산소 지하수에서 철과 강철의 혐기성 부식 과 지하 수면 아래 의 토양 을 환원 하는 동안 발생합니다 .

열화학

200개 이상의 열화학 사이클을 물 분해 에 사용할 수 있습니다 . 산화철 주기 , 산화 세륨(IV)-산화세륨(III) 주기 , 아연-산화아연 주기 , 황-요오드 주기 , 구리-염소 주기 및 하이브리드 황 주기 와 같은 많은 주기 가 상업적 잠재력에 대해 평가되었습니다. 전기를 사용하지 않고 물과 열로부터 수소와 산소를 생산하는 것. ^{많은 실험실} (프랑스, 독일, 그리스, 일본, 미국 포함)은 태양 에너지와 물에서 수소를 생산하기 위한 열화학적 방법을 개발하고 있습니다. ^[119]

구불구불한 반응

지구 대기에서 멀리 떨어진 깊은 지질학적 조건에서 수소( H
₂)은 구불구불 한 과정에서 생성됩니다 . 이 과정에서 물 양성자( H ⁺ ) 는 ^fayalite ( Fe
₂SiO
₄). 반응은 자철광 을 형성합니다 ( Fe
_삼영형
₄), 석영 ( SiO
₂) 및 수소( H
₂): ^{[120] [121]}

3 Fe
₂SiO
₄+ 2 시간
₂오 → 2 철
_삼영형
₄+ 3 시오
₂+ 3 시간
₂

fayalite + 물 → 자철광 + 석영 + 수소

This reaction closely resembles the Schikorr reaction observed in anaerobic oxidation of ferrous hydroxide in contact with water.

Applications

Petrochemical industry

Large quantities of H
₂ are used in the "upgrading" of fossil fuels. Key consumers of H
₂ include hydrodealkylation, hydrodesulfurization, and hydrocracking. Many of these reactions can be classified as hydrogenolysis, i.e., the cleavage of bonds to carbon. Illustrative is the separation of sulfur from liquid fossil fuels:

R-S-R + 2 H₂ → H₂S + 2 RH

Hydrogenation

Hydrogenation, the addition of H
₂다양한 기판에 대규모로 수행됩니다. Haber-Bosch 공정 에 의해 암모니아를 생성하기 위한 N2의 수소화는 전체 산업에서 에너지 예산의 몇 퍼센트를 소비합니다. 생성된 암모니아는 인간이 소비하는 대부분의 단백질을 공급하는 데 사용됩니다. ^수소화 는 불포화 지방 및 오일 을 포화 지방 및 오일 로 전환시키는 데 사용됩니다 . 주요 응용 프로그램은 마가린 생산입니다 . 메탄올 은 이산화탄소의 수소화에 의해 생성됩니다. 염산 제조 시 수소 공급원이기도 합니다 . 시간
₂또한 일부 광석 을 금속으로 전환하기 위한 환원제로 도 사용됩니다 . ^[123]

냉각수

수소는 가벼운 이원자 분자의 직접적인 결과인 여러 유리한 특성으로 인해 발전소에서 발전기의 냉각제로 일반적으로 사용됩니다. 여기에는 저밀도 , 저점 도 , 모든 가스 중 가장 높은 비열 및 열전도율 이 포함됩니다.

에너지 캐리어

수소는 자연적으로 발생하는 유용한 양의 수소 공급원이 없기 때문에 연소 연료로서의 에너지 자원이 아닙니다. ^태양 의 에너지는 수소의 핵융합 에서 비롯 되지만, 이 과정은 지구에서 제어 가능한 방식으로 달성하기 어렵습니다. ^[125] 태양열, 생물학적 또는 전기 소스의 원소 수소는 연소로 얻는 것보다 더 많은 에너지가 필요하므로 이러한 경우 수소는 배터리와 같은 에너지 운반체 역할을 합니다. 수소는 화석 공급원(메탄과 같은)에서 얻을 수 있지만 이러한 공급원은 지속 가능하지 않습니다. ^[124]

단위 연료 질량 당 에너지 밀도는 더 높지만 실행 가능한 모든 압력에서 액체 수소 와 압축 수소 가스 의 단위 부피당 에너지 밀도 는 기존 연료 공급원의 에너지 밀도보다 훨씬 낮습니다 . ^그럼에도 불구하고, 원소 수소는 경제 전반에 걸친 가능한 미래 에너지 운반체 로서 에너지의 맥락에서 광범위하게 논의되어 왔다. ^예 를 들어, CO
₂ 탄소 포집 및 저장 이 뒤따르는 격리 는 H 지점에서 수행될 수 있습니다.
₂화석 연료에서 생산. 운송에 사용되는 수소는 탄소 배출 없이 ^{[128] 약간} 의 NOx _배출 과 함께 비교적 깨끗하게 연소 됩니다. ^그러나 수소 경제로의 완전한 전환과 관련된 기반 시설 비용은 상당할 것입니다. ^연료 전지 는 내연 기관보다 더 효율적으로 수소와 산소를 직접 전기로 변환할 수 있습니다. ^[130]

반도체 산업

수소는 물질 특성을 안정화하는 데 도움이 되는 비정질 규소 와 비정질 탄소 의 끊어진("댕글링") 결합을 포화 시키는 데 사용됩니다. ZnO , SnO ₂ , ^CdO , MgO , ^ZrO ₂ , HfO ₂ , La ₂ O ₃ , Y ₂ O ₃ , _ ^{_ _} _ _ _ _ TiO ₂ , SrTiO ₃ , LaAlO ₃ , SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , ZrSiO ₄ , HfSiO ₄ 및 SrZrO ₃ . ^[135]

로켓 추진제

액체 수소 와 액체 산소 는 함께 우주 왕복선 주 엔진 에서와 같이 액체 추진 로켓 에서 극저온 연료 로 사용됩니다 .

틈새 및 진화하는 용도

• 차폐 가스: 수소는 원자 수소 용접 과 같은 용접 방법 에서 차폐 가스 로 사용됩니다 . ^{[136] [137]}

• 극저온 연구: Liquid H _{2 는} 초전도 연구 를 포함한 극저온 연구 에 사용됩니다 . ^[138]

• 부력 리프팅: H 때문에
  ₂공기보다 가볍고 밀도가 7%에 불과하여 한때 풍선과 비행선 의 리프팅 가스 로 널리 사용되었습니다 . ^[139]
• 누출 감지: 순수하거나 질소와 혼합된(때때로 형성 가스 라고도 함 ), 수소는 미세한 누출 감지 를 위한 추적 가스 입니다. 응용 프로그램은 자동차, 화학, 발전, 항공 우주 및 통신 산업에서 찾을 수 있습니다. ^수소 는 식품 포장 누출 테스트를 허용하고 항산화 특성을 갖는 공인 식품 첨가물(E 949)입니다. ^[141]

• 중성자 감속: 중수소 (수소-2)는 핵분열 응용 분야 에서 중성자 를 감속시키는 감속 제로 사용 됩니다.
• 핵융합 연료: 중수소는 핵융합 반응에 사용됩니다. ^[6]
• 동위원소 라벨링: 중수소 화합물은 반응 속도에 대한 동위원소 효과 연구에서 화학 및 생물학에 적용됩니다. ^[142]

• 로켓 추진제: NASA 는 액체 헬륨에 떠 있는 고체 분자 수소 입자로 얼어붙은 원자 수소, 붕소 또는 탄소로 만든 로켓 추진제 의 사용을 조사했습니다 . 가온되면 혼합물이 증발하여 원자종이 재결합되도록 하여 혼합물을 고온으로 가열합니다. ^[143]
• 삼중수소 용도: 원자로 에서 생산되는 삼중수소 (수소-3) 는 수소 폭탄 생산에 사용됩니다. [ ^144] 생명과학에서 동위원소 표지로, ^[63] 기기용 방사선 발광 페인트 의 베타 방사선 공급원으로 사용됩니다. 다이얼 및 비상 표지판. ^[58]

생물학적 반응

H ₂ 는 일부 유형의 혐기성 대사 산물 이며 일반적으로 수소화 효소 라고 하는 철 또는 니켈 함유 효소 에 의해 촉매 되는 반응을 통해 여러 미생물 에 의해 생성됩니다 . 이 효소 는 H ₂ 와 H 2 의 구성 요소인 2개의 양성자와 2개의 전자 사이의 가역적 산화환원 반응을 촉매합니다. 수소 가스의 생성은 피루브산 발효 중에 생성된 환원 당량 을 물로 전달할 때 발생합니다. ^유기체 에 의한 수소 생산 및 소비의 자연적 순환은 다음과 같다. 수소 순환 . ^수소 는 원자 수로 볼 때 인체에 가장 풍부한 원소이지만, 수소는 매우 가볍기 때문에 질량으로는 세 번째로 풍부한 원소이다. H _{2 는} 대장 에서 하이드로게나제를 함유한 미생물의 대사 활동으로 인해 사람의 호흡에서 발생합니다 . 단식을 하고 휴식을 취하는 사람의 농도는 일반적으로 5ppm 미만 이지만 장 장애가 있는 사람이 진단 수소 호흡 검사 중에 흡수할 수 없는 분자를 섭취할 경우 50ppm이 될 수 있습니다 . ^수소 가스는 일부 박테리아 및 조류 에 의해 생성됩니다.메탄 과 마찬가지로 방귀 의 천연 성분이며 그 자체가 점점 더 중요해지는 수소 공급원입니다. ^[148]

물 이 구성 요소인 양성자, 전자 및 산소로 분해되는 물 분해 는 모든 광합성 유기체 의 광 반응 에서 발생합니다. 조류 Chlamydomonas reinhardtii 및 cyanobacteria 를 포함한 일부 그러한 유기체 는 엽록체 의 특수 수소화효소에 의해 양성자와 전자가 환원되어 H ₂ 가스 를 형성하는 암반응 의 두 번째 단계로 진화했습니다 . ^시아 노박테리아 수소화효소를 유전적으로 변형 시켜 산소의 존재하에서도 H2가스를 효율적으로 합성하려는 노력이 진행되어 왔다 _. ^[150]생물 반응기에서 유전자 변형 조류에 대한 노력도 수행되었습니다 . ^[151]

안전 및 예방 조치

수소

위험
GHS 라벨링 :
픽토그램
신호어	위험
위험 문구	H220
예방조치문구	P202 , P210 , P271 , P377 , P381 , P403 [152]
NFPA 704 (파이어 다이아몬드)	0 4 0

수소는 공기와 혼합될 때 잠재적인 폭발 및 화재에서부터 순수한 무산소 형태의 질식 에 이르기까지 인간의 안전에 여러 가지 위험을 초래합니다 . 또한, 액체 수소는 ^극저온 물질 이며 매우 차가운 액체와 관련된 위험(예: 동상 )을 나타낸다. 수소는 많은 금속에 용해되어 누출될 뿐만 아니라 수소 취성 , 균열 및 폭발로 이어지는 ^{[155] 악영향 을 미칠 수 있다. [156]}외부 공기로 누출된 수소 가스는 자연 발화할 수 있습니다. 또한 수소화재는 매우 뜨거우면서도 눈에 거의 띄지 않아 화상을 입을 수 있습니다. ^[157]

수소 데이터(안전 데이터 포함)를 해석하는 것조차 여러 현상에 의해 혼란스러워집니다. 수소의 많은 물리적, 화학적 특성은 파라수소 /오르토 수소 비율 에 따라 달라집니다 (보통 데이터가 제공되는 평형 비율에 도달하는 데 주어진 온도에서 며칠 또는 몇 주가 소요됨). 임계 폭발 압력 및 온도와 같은 수소 폭발 매개변수는 컨테이너 형상에 크게 의존합니다. ^[153]

메모

또한보십시오

참고문헌