유쾌한 호기심의 ‘목소리’ 변조…놀라운 기체들
유쾌한 호기심의 ‘목소리’ 변조…놀라운 기체들
  • 김차식 기자
  • 승인 2019.09.05 12:04
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재미있는 고음 목소리를 만들어주는 헬륨의 ‘도날드 덕 효과’, 크립톤을 마시면 저음으로 바뀌게 되어 ‘크립톤 보이스’라 한다. 수소나 액화 산소 기체는 엄청난 불꽃을 낸다. 질소나 이산화탄소는 불이 붙지 않는다.
공중으로 뜨는 풍선 속의 기체는 헬륨 기체이다. KBS2
공중으로 뜨는 풍선 속의 기체는 헬륨 기체이다. KBS2

헬륨은 놀이공원이나 파티에서 공기 중에 뜨는 팡파르(fanfare)가 있는 풍선에 사용된다. 기체를 흡입함으로 목소리가 변하는 것으로 알려졌다. 보통 우리가 입으로 불어서 만드는 풍선은 공기 중에 뜨지 않고 바닥에 가라앉는다. 공기 중에 뜨는 이 풍선의 원리는 ‘지구의 대기보다 밀도가 낮은 헬륨이 풍선 속에 차있기 때문에 가벼워 위로 떠오르려는 부력이 작용한 것’이다. 풍선의 무게에 맞게 헬륨을 주입하면은 풍선이 가라앉지 않고 위로 뜨게 된다. 이런 풍선이 점점 사라져 간다. ‘헬륨’이 부족하여…

단원자 기체로 반응성이 거의 없어 비활성 기체라고 한다. 색깔과 냄새가 없고 공기 중에 매우 적은 양이 존재한다. 수소(H) 다음으로 가볍다. 헬륨을 이용 메트릭스(MATRIX)의 한 장면을 연출 할 수 있다. 주기율표에서 18족 제일 위 1주기 원소이다. 헬륨을 포함한 원소들은 ‘희유가스(noble gas)’라 부르기도 한다. 다른 원소와 화학반응을 거의하지 않는 불활성(不活性) 기체이기 때문이다. 우리말로 희유는 ‘흔하지 않다’는 의미이다. 우주에선 수소 다음으로 많지만 지구에선 별로 없다.

헬륨의 원소기호 He(Helium), 원자번호 2, 원자량 4.003 g/mol, 녹는점 –272.2℃(26기압), 끓는점 –268.94℃, 밀도(기체: 0.1785g/L, 액체 0.145g·cm3) CAS번호 7440-59-7이다. 질량수가 3인 3He과 4인 4He이 있다. 화학 원소 중 끓는점이 가장 낮다.

‘도날드 덕(Donald Duck) 효과’인 재미있는 목소리를 만들어 준다. 각종 영상매체에서는 유머용으로 쓰이기도 한다. 목과 호흡기를 채운 가벼운 헬륨 원자가 빠르게 진동하여 마치 음성 변조를 한 것처럼 평상시보다 2.7옥타브 높은 고음을 내는 것이다. 헬륨가스가 든 풍선이나 흡입용 헬륨을 입에 대고 가스를 마신 후 말을 하면 고음의 음성변조를 한 것처럼 목소리가 발생한다. ‘헬륨의 낮은 분자량이 빠른 이동속도를 만들어 원래 목소리보다 고음으로 나오는 것’이다. 공기보다 가볍기 때문에 성대의 진동수를 높여 높은 목소리를 만든다. 그 목소리가 마치 애니메이션 <미키 마우스>에 등장하는 도날드 덕 캐릭터의 목소리와 비슷하다고 해서 이러한 현상을 ‘도날드 덕 효과’라고 부른다.

비교적 저렴하고 쉽게 구할 수 있고 독성이 없어 도날드 덕 효과 현상을 재미로 즐기고 있다. 실생활에서의 활용은 MRI 등에 액체 헬륨을 냉각제로 사용한다. 공기보다 가볍기 때문에 비행선이나 풍선 안에 채워 넣는 애드벌룬 등에 사용한다. 수소가 더 가볍고 싸긴 하나, 화기와 접촉 시 폭발과 화재의 위험이 있기 때문에 수소보단 무겁지만 안전한 헬륨을 사용한다.

수소의 부력이 헬륨보다 겨우 8% 정도 더 크다. 심해 같은 고압의 환경에서 작업하는 잠수부들의 질소 대체 가스로 사용된다. 고압에서 기체의 분압이 높아져도 질소에 비해 혈액에 용해되는 정도가 낮기 때문에 압력을 낮출 때 생길 수 있는 잠수병을 막을 수 있다. 헬륨 가스를 너무 많이 마시면 산소 부족으로 어지러울 수 있다. 심한 경우에는 뇌가 손상되거나 사망에 이를 수도 있기 때문에 주의해야 한다.

헬륨 역시 유전에서 얻는 자원이다. 2012년 무렵 각국의 헬륨 플랜트가 노후화를 이유로 가동을 중지하면서 생산량이 급감 지구상의 헬륨이 고갈 위기에 놓여 있다. 헬륨이 지구에서 매우 희귀한 원소인 이유는 바로 대기보다 가볍기 때문에 지구의 중력을 받지 않고 우주로 계속 빠져나가기 때문이다. 지구에 있는 헬륨은 지금도 계속 사라지고 있다.

주기율표 18족에 있는 아르곤(Ar)도 크립톤(Kr)과 같은 효과가 있다. 인체에 유해하기 때문에 마서 서는 안 된다. 크립톤을 마시면 터미네이터의 목소리를 듣는 듯하다. 크립톤(Kr)은 무색, 무취의 비활성기체로 공기보다 3배 무거운 기체이다. 크립톤은 특수 형광등, 백열등에 사용한다.

아르곤(Ar, 원자번호 18번)은 비금속 기체 원소로, 3주기 18족의 비활성 기체이다. 고온에서도 반응성이 거의 없다. 비활성기체들 중에서는 가장 저렴하다는 점을 이용, 알루미늄이나 티타늄(티탄), 철과 같은 반응성이 큰 금속의 특수용접(TIG, MIG, GTAW법 등)에 사용되며 이와 같은 금속의 제련에도 사용된다. 아르곤 용접이라고 하는데, 용접부위에 아르곤을 불어서 산소와 접촉하지 않게 하여 용접부위의 산화를 막는다. 흡입시 메스꺼움, 구토, 현기증, 이명, 질식, 경련, 혼수상태가 야기된다.

크립톤(Kr, 원자번호 36번)을 마시면 목소리가 저음으로 바뀌게 되는데 이를 ‘크립톤 보이스(krypton voice)’라 한다. 공기보다 무거운 크립톤 기체가 목과 기도, 폐를 채우고 평소보다 낮은 진동수를 만들어 내는 저음을 낸다. 크립톤은 워낙 비싸 경험하기 어렵다. 핵실험 감지, 공항 활주로 유도등, 형광등, 고출력 자외선 레이저, 고속 사진 촬영 섬광등, 네온사인 등 다양한 곳에 사용된다. 크립톤은 인체에는 무해하나 공기 중에 다량 있으면 질식을 일으킬 수 있으므로 주의해야 한다.

달걀에 수소를 넣고 불을 붙이면 산산조각이 생긴다. KBS2
달걀에 수소를 넣고 불을 붙이면 산산조각이 생긴다. KBS2

수소(水素, 영어: Hydrogen 하이드로젠)는 주기율표의 가장 첫 번째(1족 1주기) 화학 원소로, 원소 기호는 H이다. 원자 번호는 1이다. 수소 원자는 우주에서 가장 흔하며 가볍고 무색의 원자이다. 1족 원소로서는 유일한 비금속 원소이다. 인간이 현재까지 발견한 원소들 중에서 우주에서 가장 풍부하며, 가장 가볍고 간단한 구조를 가져 원자 번호가 가장 작은 원소이다. 빈 달걀에 수소를 넣고 불을 붙이면 폭발한다. 수소에 불이 붙으면서 아래 구멍으로 산소가 올려와 폭발한다. 굉장한 큰 폭발력을 가지고 있다. 위력을 좀 더 크게 하려면 전문가와 함께 실험을 해야 한다. 수소는 클린 에너지라고 한다. 연료전지 자동차 등 미래에너지로 주목 받고 있다. 앞으로 절대적으로 많이 사용 될 전망이다. 액화 산소 기체 속에서 꺼낸 비스킷에 불을 붙이면 활활 타오른다. 엄청난 불꽃을 낸다. 질소나 이산화탄소는 불이 붙지 않는다.

액화 산소 기체 속에서 꺼낸 비스킷에 불을 붙이면 불꽃을 내면 탄다.  KBS2
액화 산소 기체 속에서 꺼낸 비스킷에 불을 붙이면 불꽃을 내면 탄다. KBS2

 


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