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연구 TALK

[연구 TALK] 우리 주변의 비활성 기체들 <1편>

  • 작성자시스템
  • 조회수779
  • 등록일2021.11.02

원소들이 원자번호 순서대로 쭉 나열된 원소 주기율표를 보면, 특정 그룹에 속하는 원소들을 비활성 기체라고 부릅니다.
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족 원소들이 바로 그 주인공들인데요.
이 원소들은 그 이름답게 다른 물질과 만나 반응을 일으키려는 성질인 활성을 갖지 않다는 공통점을 갖고 있어요.
우리 자연계에는 He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, Og18족 원소가 존재하고, 그 중 Og를 제외한 원소는 상온에서 모두 기체로 존재합니다.
이번에는 비활성 기체의 개념과, He Ne 이 우리 주변에서 어떻게 활용되는지에 관하여 알아보겠습니다.



비활성 기체란?

비활성 기체란 원소주기율표에서 18족에 해당하는 원소입니다. 주기율표에서 같은 세로줄에 위치한 원소의 그룹을 족이라고 하는데,
그 중 18족 원소는 가장 바깥 전자껍질에 존재하는 전자인 최외각 전자의 수가 8(1주기 원소인 헬륨은 2)인 족입니다.
옥텟 규칙에 의하여, 1주기인 원소는 2개의 최외각 전자를, 복수의 전자껍질을 가지는 2주기 이상의 원소는 8개의 최외각 전자를 가질 대 가장 안정합니다.
1
주기인 헬륨은 2, 나머지 원소는 8개의 최외각 전자를 가지고 있어 안정하고 반응성이 극히 낮습니다.
다른 원소와 전자를 공유할 필요가 없답니다.
18
족 원소 중 Og를 제외한 He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn은 상온에서 모두 기체 상태로 존재합니다.

 


상온에서 기체로 존재하는 이유

비활성 기체 원소는 모두 원자 간 상호 인력이 낮아 끓는점이 매우 낮기 때문입니다.
비활성 기체의 끓는점은 원자가 커질수록 높아지는데요,
가장 작은 헬륨의 끓는점은 영하 269(4K)이기에 아무리 온도를 낮추어도 헬륨을 고체로 만들 수는 없습니다.
이렇게 낮은 끓는점으로 인해 액화된 비활성 기체 원소는 극초저온 냉매제로 사용됩니다.





헬륨(He)의 특성과 사용

헬륨은 가장 가벼운 비활성 기체로, 전자껍질인 1주기 원소입니다. 액체 헬륨은 초전도 자석을 냉각하는 데 주로 사용됩니다.
전체 헬륨 생산량의 약 20% 이상이 자기공명영상장치(MRI)에 이용되는 자석을 냉각시키는 데에 사용됩니다.
이 밖에도 헬륨은 풍선, 비행선을 띄우는 부양용 기체로의 역할도 수행합니다.
기체의 확산속도가 중요하게 작용한 기체 크로마토그래피에서 물질을 운반하는 기체로 주로 이용되기도 합니다.

 

헬륨은 특히 비활성 기체 중에서 물과 지방에 대한 용해도가 낮습니다.
이러한 특징 때문에 헬륨은 스쿠버다이버와 같이 높은 압력에 노출되는 사람에게 질소를 대체하는 호흡용 기체로 이용됩니다.
물 속에서 수면으로 올라와 압력이 급격히 낮아지면 기체 방울로 인해 잠수병이 발생할 수 있는데,
질소 기체는 잠수병을 유발하지만 헬륨은 이러한 현상을 일으키지 않기 때문입니다.

 



네온(Ne)의 특성과 사용

네온은 비활성 기체 중 반응성이 가장 낮은 원소로, ‘새롭다는 뜻을 가진 그리스어 neos에서 그 이름이 유래되었습니다.
어떤 물질과도 화학반응을 일으키지 않습니다. 비활성 기체는 반응성이 거의 없긴 하지만,
네온을 제외한 다른 원소들은 플루오린과 드물게 결합한 화합물이 발견된 바 있습니다.

 

비활성 기체는 에너지를 가해주면 다양한 빛을 내 훌륭한 광원이 되며, 특히 네온은 일명 네온사인이라고 불리는 기체 방전 램프에 이용되는 기체입니다.
네온은 방전시키면 새빨간 빛을 발하는 특성이 있습니다.
액화 네온 역시 헬륨처럼 우수한 냉각 성능을 가진 냉매제로 이용됩니다.
네온은 또한 각종 연구 실험과 반도체 일부 제조 공정에 이용되고 있어 인류에게 유용한 원소라고 할 수 있습니다.

 

지금까지 비활성 기체의 개념과, 대표적인 비활성 기체 헬륨, 네온에 관하여 알아보았습니다.
2
편에서는 나머지 비활성 기체의 특성과 용법에 관하여 소개하여 드리겠습니다.

 

 

내용 출처

비활성 기체, 두산백과

헬륨, 두산백과

네온, 두산백과