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1. 수소의 발견과 성질
1.1. 우주의 시작과 수소의 기원
지금으로부터 약 137억 년 전, 우주가 초기에 탄생했을 때를 묘사하는 이론 중 현재까지 가장 설득력 있는 것은 빅뱅 이론이다. 이 거대한 폭발이 있을 당시 원자를 이루는 입자들인 쿼크와 전자가 형성되었고, 양성자와 중성자를 구성하게 되었다. 그리고 우주가 점점 식어가면서 가장 가벼운 원소인 수소와 헬륨이 생성되었다. 이때 수소와 헬륨의 구성 비율은 약 3:1의 비율이었고, 이 비율은 현재까지도 유지되어 우주에서 가장 많은 부분을 차지하는 원소가 수소가 되게 했다. 이후 헬륨보다 무거운 원소들은 핵융합 반응으로, 철보다 무거운 원소들은 별의 마지막 단계인 초신성 폭발로 인해 형성되었다.
1.2. Cavendish의 실험
1766년 영국의 과학자 Cavendish는 Zn, Fe, Sn 등의 금속에 산을 가하면 가연성이 좋은 기체가 발생하는 것을 발견했다. 그가 수행한 실험을 화학식으로 나타내면 이다. 이후 이 반응에서 물이 생성되는 것을 발견하고 발견한 원소를 물을 만드는 원소라는 뜻의 수소(Hydrogen)이라고 이름 붙였다. 즉, Cavendish는 금속과 산의 반응을 통해 수소 기체를 발견했으며, 이를 통해 수소의 존재와 특성을 밝혀냈다.
1.3. 수소의 폭명성
수소의 폭명성은 수소 기체가 가지고 있는 특징으로, 수소 기체가 점화되면 폭발적으로 반응하는 성질을 말한다. 1766년 영국의 과학자 Cavendish가 수행한 실험에서 Zn, Fe, Sn 등의 금속에 산을 가하면 가연성이 좋은 기체가 발생하는 것을 발견했다. 이후 이 반응에서 물이 생성되는 것을 발견하고, 발견한 원소를 물을 만드는 원소라는 뜻의 수소(Hydrogen)이라고 이름 붙였다.
수소 기체를 포집하고 있던 비눗방울에 라이터 불을 갖다 대자 퍽 소리를 내며 터지는 것을 관찰할 수 있었다. 이를 통해 수소 기체는 불꽃을 만나면 소리를 내며 폭발하는 폭명성을 갖는다는 사실을 알 수 있다. 수소 기체의 폭발성은 수소가 공기 중에서 연소할 때 매우 큰 에너지를 방출하기 때문이다. 수소 기체는 공기 중에 섞여 있다가 점화원을 만나면 급격한 연소반응이 일어나면서 폭발적으로 반응하게 된다.
따라서 수소의 폭명성은 수소 기체가 공기 중에서 점화되면 폭발적으로 반응하는 성질을 의미하며, 이는 수소 기체의 연소 시 방출되는 큰 에너지 때문이다.
2. 전기분해와 Avogadro 법칙
2.1. 전기분해의 개요
전기분해(Electrolysis)는 전류를 가하여 특정 물질을 비자발적인 방향으로 분해하는 것을 의미하며, 이런 반응을 진행시키는 화학전지의 한 종류를 전해전지(electrolytic cell)라고 한다. 화학전지의 또다른 종류인 갈바니전지와는 다르게 두 전극이 같은 전해질 용액 안에 존재하며, 주어진 반응의 전지전위에 과전압(overpotential)이 더해진 만큼의 전위차를 가해주어야 반응이 일어난다. 이때 환원 전극에서는 표준 환원전위가 가장 큰 화학종이, 산화 전극에서는 가장 작은 화학종이 산화-환원 반응을 일으키며 생성된다.
2.2. 물의 전기분해
물의 전기분해는 전류를 가하여 특정 물질을 비자발적인 방향으로 분해하는 것을 ...
