수소의 성질 및 취급 시 주의사항

수소(Hydrogen, H2)

지구상에 존재하는 가장 가벼운 원소로, 무색, 무미, 무취의 기체.

확산성과 환원성이 강하며 가연성, 비부식성의 특징을 가지고 있다. 

연소하더라도 공해 물질을 내뿜지 않아 석탄, 석유를 대체할 무공해 에너지원으로써 각광을 받고 있다. 

이러한 특성을 이용하여 전자, 화학, 금속, 유리, 유지 등 광범위한 분야에 사용되고 있다. 

[용도]

- 반도체 제조 공정

- 수소연료전지 자동차 연료

- 연료전지 에너지원

- 금속열처리의 환원성분위기 가스 

- 광섬유 제조 공정

- 전자, 전기공업

- 유리(Polishing)

- 로켓트연료

[성질]

- 원자량 : 1.008  

- 분자량 : 2.016  

- 밀도   : 0.09 kg/㎥ 

- 비점   : - 252.8 ℃

- 융점   : - 259.1 ℃

- 임계온도 : - 239.9 ℃ 

- 임계압력 : 12.8 atm 

- 폭발범위 : 4.0 ~ 75.0 %

- 폭굉범위 : 18.3 ~ 59.0(공기중) 15.0 ~ 90.8(산소중)

- 자연발화온도 : 530 ℃(공기중)  430 ℃(산소중)

[폭발성 및 인화성]

수소는 공기중에서 연소할 때 연한 청색을 나타내며 그 불꽃은 거의 보이지 않는다.

대기압하에서 공기와 혼합되거나 산소와 혼합된 경우의 점화온도는 대략 560 ℃ 전후이다.

폭발범위(공기중)는 대기압하에서 4 ~ 75 Vol%, 산소중에서는 4 ~ 94%이다. 

수소와 산소가 부피비 2:1로 혼합된 기체를 폭명기(Detonation)라하고 산소와 수소의 혼합비가 폭명기에 가까울수록 격렬한 반응을 한다.

수소의 최저발화에너지는 매우 작아 미세한 정전기 스파아크로도 폭발의 발화원이 될 수 있으며, 수소가스가 고속으로 용기에서 분출하면 마찰 등의 원인으로 발화하는 경우도 있다. 

수소와 염소 및 불소와의 반응시에도 폭발이 일어나지만 폭발사고의 대부분은 공기와의 혼합에 의한 것이다. 

수소와 산소 또는 공기와의 혼합기체의 연소속도는 탄화수소보다 크고 1기압의 상태에서 수소 - 공기 혼합기체의 경우 약 2.7m/ch(산소 약 40Vol%), 수소산소 혼합기체의 경우 약 9m/s (수소: 약 70Vol%)이다.

[취급주의]

 (1) 폭발범위 4 ~ 75%, 수소는 아세틸렌 다음으로 폭발범위가 넓어 대단히 위험하다. 

    또 가스밀도가 작고 가벼워 확산속도가 빠르고 연소할 때의 전파속도가 빠르기 때문에 가스 누출과 화기에는 특히 주의를 요한다.

(2) 산소와의 혼합물을 ‘폭명기’라고 부르며 점화하면 심한 폭발을 일으킨다. 

    백금, 석면, 파라듐분발 등과 접촉시키면 발화하는 수가 있다. 

    염소가스를 혼합하면 연소폭명기라 부르는 혼합가스를 생성하여 점화뿐만아니라 직사광선에 의해 폭발하여 연화수소로 된다.

(3) 급격히 가스가 분출하면 마찰 또는 정전기로써 발화하는 수가 있다. 

(4) 취급장소에는 화기엄금, 발화성 물질을 두지 말 것 통풍이 잘되는 곳에 둘 것.

(5) 세공 박막 등으로부터 외부로 누출되기 쉬우므로, 비눗물로써 가스의 누출을 충분히 검토할 필요가 있다.

(6) 산소나 염소와 함께 두지 말 것. 

(7) 수소자체는 무취이지만 수소를 좁은 장소에서 사용할 때에는 공기주의 산소농도를 저하시켜 산소 결핍을 일으킨다. 

    농후한 수소중에서는 질식사를 일으킬 위험이 있다. 

(8) 파라듐이나 니켤 촉매하에서는 상온으로도 용이하게 반응한다.

(9) 할로겐 원소(F2, Cl2, Br2, I2) 와 격렬히 반응하여 폭발반응이 일어난다.