화합물 사전 - 헬륨(Helium)


Teledyne hastings 사의 Mass Flow Meter / Controller 를 이용해 가스 유량을 측정할 수 있는

가스 화합물의 종류에 대해 알아보는 시간입니다.

이번 시간에는 화학식 He 인 헬륨에 대해 알아보도록 하겠습니다.

화합물 설명

헬륨(Helium-He)은 원자번호 2번의 화학원소로, 화학원소중 끓즌점이 가장 낮으며

대기압에서는 영점 에너지로 인해 절대영도에서도 액체로 존재할 수 있는 유일한 원소입니다.

여기서 영점 에너지란 양자역학계의 입자가 바닥 상태에서 지니는 에너지를 말하는데,

예를 들어 전자가 원자핵 둘레를 궤도 운동을 할 경우, 절대 영도와 같은 최저 에너지 상태에서는

궤도 운동이 정지해야 하지만 실제로 전자의 궤도운동은 정지되지 않는데

이 궤도운동을 지속시키는 에너지가 바로 영점 에너지 입니다.

헬륨은 수소를 제외하고 우주에서 두번째로 가볍고, 두번째로 풍부한 원소이며

우주를 구성하고 있는 전체 원소 질량의 24%를 차지하고 있습니다.

태양과 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 등과 같이 가스로 이루어진 행성들도

수소와 헬륨이 전체 원소의 대부분을 차지하고 있습니다.

하지만 우주에서 이렇게 많은 헬륨이 지구에서는 매우 적은 양만 존재하는데,

지구의 대기 전체 중 헬륨의 비율은 20만분의 1이고 그마저도 대기 중 바깥층에 모여있어

공기 중에 포함된 헬륨의 양은 매우 적습니다.

1868년 프랑스의 물리학자 피에르 장센(Pierre Jules Janssen)과

영국의 물리학자 로키어(Joseph Norman Lockyer)는 1868년 8월 18일에 일어난 일식의 관측에서

그 당시 알려졌던 어떤 원소의 스펙트럼과도 일치하지 않는 노란색의 밝은 선을 발견하게 됩니다.

그들은 그 선이 지구상에서는 미지의 원소지만 태양속에 존재하는 원소에 의한 것이라 주장하며

태양을 의미하는 그리스어인 Helios 에서 Helium 이라는 이름을 붙였습니다.

위에 언급한 것과 같이 지구의 대기 중에 있는 헬륨은 매우 소량이기 때문에

우리가 사용하는 헬륨은 대부분 천연가스에서 추출하는 방식으로 만들어 집니다.

헬륨은 가볍기 때문에 대기권에 노출되면 느린 시간에 걸쳐 대기중으로 빠져나가지만,

원자의 체적이 크기 때문에 천연가스처럼 땅 속에 갇혀 있는 경우에는

외부로 노출되기 전까지 유지될 수 있는데, 유전에 따라 상당히 많은 양의 헬륨이 포함된 곳도 있습니다.

하지만 현재 알려진 헬륨의 매장량은 한정되어 있기 때문에 천연가스 내의 헬륨은

수십년 후에 고갈될 위기에 처해있습니다.

기체 헬륨은 가볍고 폭발성이 있는 수소보다 안전하기 때문에, 풍선이나 비행선 등의 기구에 사용됩니다.

미국에서는 1924년에 주로 비행선에 이용할 헬륨을 저장할 수 있는 국립 헬륨 저장소를 만들었는데

이 시설은 아직도 유지되고 있으며 약 10억 m³ 이상의 헬륨을 저장해 놓고 있습니다.

또한 액체 헬륨은 대기압에서 절대 영도에 가까운 약 -269℃의 끓는점을 가지고 있어,

초저온을 얻기 위한 냉각제로 사용되며, 극저온의 특성을 이용한 초전도 기술과 같은

첨단 과학 산업에 많이 응용 및 사용되고 있습니다.

일상 생활에서도 헬륨을 쉽게 접할 수 있는데, 헬륨의 가벼운 성질을 이용한 헬륨 풍선입니다.

그리고 헬륨 기체를 들이마셔 목소리가 얇아지는 현상을 만들어낼 수 있는데,

이것은 사람의 목소리가 바뀌는 것이 아니라 공기 안에서의 소리보다 헬륨 안에서의 소리가

훨씬 더 높은 진동수를 가지기 때문입니다.

헬륨은 독성이 없기 때문에 한두모금 마시는 것은 해롭지 않지만 계속 마실 경우,

산소 부족으로인해 질식할 수 있기 때문에 주의해야 합니다.

헬륨은 혈액에 대한 용해도가 작아 잠수병을 예방할 수 있기 때문에,

심해 잠수용 산소통에 질소 대체재로 사용되기도 합니다.

영어 이름 : Helium

한글 이름 : 헬륨

화학식 : He

질량 : 4.0026 g/mol

밀도 : 0.1786 g/L (STP : 0℃, 760 Torr 기준)

녹는점 : -272.20℃

끓는점 : -268.928℃

구조식

Wetted Material

가스 화합물의 종류에 따라 Mass Flow Meter / Controller 의 가스 접촉부 재료가 달라져야 하기 때문에

유량 측정을 위한 MFC 를 선택하기 전, 항상 가스 혼합물에 대한 Wetted Material 을 참고해야 합니다.

매우 만족(Excellent)

316 Stainless, Steel, Aluminum, Brass, Monel, ChemRaz(505), Buna-N, Viton, Kalrez, Neoprene

좋음(Good, Most Conditions)

없음

좋지 않음(Fair, Limited Life, Restricted Conditions)

없음

만족스럽지 않음(Unsatisfactory)

없음

사용 불가(Unserviceability)

Constantan, Sn/Pb, Indium, Nickel, Nylon, Delrin, TFE, Zytel(Nyl6.6), Polyethylene

Teledyne Hastings 사의

Mass Flow Meter / Controller 는

다양한 종류의 가스 유량 측정이 가능하며,

각각의 가스에 맞는 Wetted Material 을 사용하여

높은 정확도의 유량 측정이 가능합니다.

가스 혼합물 및 사용 가능한 Wetted Material,

그리고 Mass Flow Meter / Controller 에 대한 문의는 아래의 링크를 참고하시기 바랍니다.

참고

위키피디아 : https://en.wikipedia.org/wiki/Helium

https://en.wikipedia.org/wiki/Pierre_Janssen

https://en.wikipedia.org/wiki/Norman_Lockyer

지식백과 : http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1162986&cid=40942&categoryId=32262

http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3566660&cid=58715&categoryId=58715

http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3550032&cid=58598&categoryId=58618

http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=945376&cid=47337&categoryId=47337

http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2321913&cid=42419&categoryId=42419

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