하늘 높이 오르는 풍선의 비밀 헬륨

헬륨 기체를 넣은 풍선이 줄을 놓자마자 하늘 위로 날아가는 경험들을 모두가 한 번씩은 가지고 계실 겁니다. 어린 마음에 하늘을 나는 풍선을 갖고 싶어서 문방구에서 풍선을 사서 입으로 열심히 분 기억이 새록새록 납니다. 하지만 내가 분 풍선은 절대 나를 떠나지 않죠. 기특하게도--;

 

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헬륨의 성질

 

이 비밀을 파헤쳐 보려면 헬륨의 성질을 상세히 봐야겠죠. 헬륨은 원자번호 2번, 기호로는 He라고 표기하며, 표준 원자량은 약 4g/mol로 상온에서는 색이 없는 무색, 냄새가 없는 무취입니다. 우주라는 거대한 공간에서 헬륨은 수소 다음으로 많은 기체입니다.

 

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헬륨은 단원자 기체인 동시에 반응성이 거의 없기 때문에 비활성 기체로 불립니다. 지구라는 대기에는 그 양이 아주 미미합니다. 우리가 가장 쉽게 접할 수 있는 게 헬륨가스인데 이 가스를 풍선에 넣으면 하늘을 날아가고, 이를 조금 마시게 되면 목소리가 변조가 일어납니다. 왜냐하면 공기보다 헬륨이 더 빠르게 소리를 전달해 주기 때문이라 하네요. 마신 헬륨이 다 빠지면 더 이상 변조된 목소리를 들을 수 없어요.

 

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하늘 위로 오르는 풍선

 

풍선이 하늘을 나는 이유는 밀도가 낮은 물체가 물 위에 둥둥 뜨는 원리와 같아요. 헬륨 풍선은 주위의 공기보다 밀도가 낮습니다. 즉 풍선 밖의 공기보다 풍선 안의 헬륨이 훨씬 가볍다는 뜻이죠. 반대로 입으로 분 풍선은 풍선 밖의 공기와 풍선 안 공기의 밀도가 같기 때문에 뜨지 못하는 것입니다.

 

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헬륨의 발견은 아르키메데스의 유레카를 외칠만합니다. 물에 뜨는 부력을 찾은 것이나, 공기보다 가벼운 헬륨을 찾은 것이나 별반 다르지 않다고 봅니다. 대기 상에 미미한 헬륨을 어떻게 모았을까? 지구 땅 속 깊은 곳에 우라늄 광석과 천연가스가 다량 매장된 곳에 헬륨이 갇히게 되는데 천연가스에서 증류되어 활성탄으로 정제되고, 극저온에서 액화되어서 실린더에 넣어 판매되고 있어요.

 

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수소와 다른 점

 

수소연료는 헬륨보다 양력이 더 강하고, 물을 쉽게 전기 분해해서 만들어 가격도 저렴하다. 하지만 수소는 폭발성이 강해 작은 불꽃에도 터진다. 그에 비하면 헬륨은 아주아주 가볍고 수소보다 훨씬 안전하고, 혈액에 잘 녹아들지 않는 특성으로

잠수부들이 잠수병을 예방하는 데 사용되기도 한다.

 

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풍선을 타고 하늘을 날다

 

놀이동산에 파는 헬륨 풍선은 일반 풍선보다 많이 두껍게 만들어 작은 헬륨 원자가 쉽게 빠져나가지 못하게 한다. 그래서 풍선의 수명도 더 길어진다. 그렇다면 몸무게가 70kg 인 성인 한 명을 풍선으로 띄우려면 얼마나 큰 풍선이 되어야 할까? 수학적으로 계산해 보면 지름 3미터의 헬륨 풍선 5개면 성인 한 명이 하늘을 날 수 있다고 한다.

 

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1982년도에 캘리포니아에 살았던 래리 윌터스는 자신의 집 마당에 있는 접이식 의자에 지름이 1.2미터 헬륨 풍선 45개를 묶어서 지상에서 약 5km까지 날아올랐다고 한다. 계획은 10미터였는데 풍선은 걷잡을 수 없을 만큼 하늘 위로 오르고 또 올랐다. 결국 총으로 풍선을 터트리고 나서야 내려올 수 있었다.