헬륨

원소기호 He, 원자번호 2. 헬륨(Helium)은 화학 원소중에서도 아주 특별한 원소다. 지금까지 알려진 것 중 끓는점이 가장 낮으며, 절대온도(-273.17도)에서도 얼지 않고 액체로 존재할 수 있는 유일한 원소다. 

공기보다 가벼운데다 다른 원소들과 반응하지 않는 비활성 기체여서 폭발 위험이 없기 때문에 비행선·애드벌룬에 많이 쓰인다. 잠수부용 산소통에 질소 대체제로 넣기도 한다. 산소통에는 산소만 있는 게 아니라 대기 성분과 비슷하게 질소 대 산소를 8대2의 비율로 넣는데, 질소 대신 헬륨을 넣으면 혈액 내 용해도가 낮아 잠수병을 예방하는 데에 도움이 되기 때문이다. 끓는점이 낮다는 걸 이용해 초저온 냉각제로 쓰기도 한다. 

헬륨풍선의 가스를 들이마시면 목소리가 변한다. 헬륨가스에서는 공기중에 비해 소리의 전달 속도가 3배 가량 빠르기 때문이라고 한다. 하지만 이 ‘음성변조’는 10~20초를 넘지 않는다. 

일상생활에서 많이 들을 수 있는 이름이지만 사실 헬륨은 자연상태로 거의 존재하지 않는다. 지구 대기에 들어있는 헬륨의 양은 0.0005％에 불과하다. 워낙 가벼운데다가 다른 원소와 반응도 하지 않아 화합물질을 이루지 못하기 때문이다. 

지구상에 있는 헬륨은 원래부터 있던 것이 아니라 방사성 붕괴에 의해 생겨난 것들이다. 방사성 물질의 원자핵이 붕괴되면서 생겨난 헬륨이 천연가스에 포획된 채로 남아있다가 발견되곤 한다. 미국 남부의 유전지대와 캐나다, 러시아, 남아프리카공화국, 사하라사막 등에 방사성 광물이나 운철 형태로 소량 존재한다. 

하지만 우주에서는 아주 흔해서, 수소에 이어 2번째로 많은 원소다. 헬륨은 태양과 같은 항성(별)에 집중돼 있다. 항성에서 일어나는 핵융합 과정에서 수소로부터 생겨나는 것으로 알려져 있다.

인류가 이 특이한 가스의 존재를 알아낸 것은 1868년이었다. 그 해 8월 18일 프랑스의 화학자 피에르 줄 장센이 일식을 관찰하다가 헬륨을 발견했다. 두 사람은 태양의 스펙트럼에서 지구상 어떤 원소로도 설명되지 않는 밝은 선을 관찰했다. 

장센은 파리에서 태어나 수학과 물리학을 전공했으나 세상을 떠돌며 연구하기를 좋아하는 모험적인 과학자였다. 적도의 작장을 측정해보러 페루에 간 적도 있고, 포르투갈 서쪽 아조레스 군도에서 광학실험을 하기도 했다. 헬륨을 발견한 것은 인도 하이더라바드 부근 군투르에서였다. 1895년 영국 화학자 윌리엄 램지는 클레베이트라는 광물에서 헬륨을 찾아냈는데, 이 원소의 스펙트럼이 장센이 발견한 태양 스펙트럼의 노란색과 일치했다. 헬륨이라는 이름은 그리스어로 태양을 가리키는 ‘헬리오스(Helios)’에서 나왔다.