원소기호 H. 원자번호 1, 원자량 1.00794±7, 안정핵종 존재비 H=99.985%, H=0.0148%, 녹는점 -259.114℃, 끓는점 -252.9℃, 기체의 밀도 0.08987g/l(0℃, 1atm), 액체의 비중 0. 0700(끓는점), 고체의 비중 0.081(-262℃), 임계압력 12.76atm, 임계온도 240.17℃, 물에 대한 용해도 1.82ml/100ml(20℃), 전자배치 1s. 주요 산화수 1.

주기율표 1주기 제1번의 원소. 홑원소물질은 일반적으로 분자식 H로 표시한다.

무색·무취의 가장 가벼운 기체. 자연계에 존재하는 수소는 대부분이 질량수 1()이지만 질량수 2()도 약 0.015% 함유되며 후자를 중수소 또는 듀테륨이라고 한다.

또 방사성 동위원소인 질량수 3(H)은 삼중수소 또는 트리튬이라고 하며 H와 H을 합해 중수소라고 총칭하는 경우도 있다.

이에 비해 H을 경수소 또는 프로튬이라고 하는 경우도 있다.

처음 수소를 만들어 그 성질을 연구한 사람은 영국의 H. 캐번디시이다.

그는 철·아연·주석 등에 묽은 황산이나 묽은 염산을 가해 수소를 발생시켜 가연성의 가벼운 기체가 발생한다는 것을 확인했다.

그 후 프랑스의 A. L. 라부아지에는 물에 강열을 가해 분해하면 같은 기체가 나온다는 것을 확인하고 물의 근본이 되는 원소라는 의미에서 그리스어 hydor(물)와 gennao(만든다)에서 hydrogene이라고 명명했다.

중수소를 발견한 사람은 미국의 H. C. 유리이다.

수소는 지각의 전중량의 0.14%를 차지하며 10번째로 많은 원소이다.

〔성질〕 수소는 녹는점·끓는점이 매우 낮으며 기체의 밀도, 액체·고체의 비중도 매우 작다. 물에 대한 용해도는 낮지만 알코올에는 물보다 약간 잘 녹는다.

어떤 종류의 귀금속·중금속(백금·팔라듐·니켈·철 등)·합금에 흡수·유지된다.

이른바 내포(內包) 현상을 일으키는 특성이 있으며 예를 들면 팔라듐은 그 부피의 350~850배의 수소를 내포하여 현저하게 팽창하며 동시에 무르게 된다.

이런 경우 수소의 분자는 팔라듐의 원자 사이의 공간에 파고 들어가 금속결합을 약하게 하지만 동시에 수소분자 자신도 현저하게 변형되어 원자모양 또는 그것에 가까운 상태가 된다.

수소는 상온에서는 비교적 반응하지 않으나 염소와는 빛의 작용에 의해 폭발적으로 반응한다.

고온으로 하면 다수의 원소와 화합하여 거의 다음 세 종류의 수소화물(hydride)을 만든다.

① 휘발성 수소화물 : 물(HO), 암모니아(NH), 황화수소(HS), 할로겐화수소(HX, X=F, Cl, Br, I) 등 주로 비금속원소의 수소화물이며, 공유결합에 의한 분자로 이루어지고 녹는점· 끓는점이 낮다.

② 염화나트륨형수소화물 : 알칼리금속이나 알칼리 토금속과 수소를 강열하면 얻는다.

수소화나트륨(NaH), 수소화칼슘(CaH) 같은 조성의 무색의 결정으로 녹는점이 높은 이온결정(NaH, Ca(H) 등)이다.

물과 반응하여 수소를 발생하고, 또 그 융해염을 전기분해하면 양극에 수소를 발생하므로 수소가 H 같은 음이온이 된다.

③ 금속상 수소화물 : 전이원소의 수소화물이 이것이며, 수소의 원자가 일정한 조성을 이루거니(CrH, FeH 등), 또는 일정하지 않은 조성(LaH, TaH 등)으로 금속원자의 틈새로 파고 들어가 그 구조를 변형시키기도 한다.

고체로서 녹는점이 높고 원래의 금속의 성질을 어느 정도 남겨두고 있으나 비중은 그것보다 작다.

〔원자의 구조〕 수소의 원자에는 양성자 한 개(중수소의 경우는 양성자, 중성자 각 한 개)로 이루어진 핵이 있으며, 그 주위를 한 개의 전자가 반지름 약 0.5 의 구형(球形)의 전자구름(1s오비탈)을 구성해서 그것을 감싸고 있다.

수소의 분자는 이와 같은 원자가 두 개 결합하여 서로 0.74 떨어진 두 개의 핵주위를 두 개의 전자가 공통의 전자구름(σ분자오비탈)을 만들어서 에워싸고 있다.

이 때 전자는 양쪽의 핵의 중간부분으로 강하게 끌리기 때문에 전자구름의 밀도는 이 부분에서 특히 높아지고 핵끼리의 반발작용은 이 전자구름에 의해 없어지므로 전체로는 에너지가 낮고 안정된 상태가 된다.

수소의 원자는 이와 같이 가장 간단한 원자이고, 또 분자는 가장 간단한 형의 공유결합 분자이다.

공유결합을 만들고 있는 한 쌍의 전자는 「파울리의 배타원리」에 따라 항상 반대방향의 자전운동(스핀 운동)을 해야 하지만 수소분자에서는 다시 핵의 양성자도 스핀을 갖고 있어 이 두개의 핵의 스핀이 모두 같은 방향인 경우와 서로 반대방향인 경우가 존재하게 된다.

전자를 오르토수소(ortho-hydrogen), 후자를 파라수소(para-hydrogen)라고 한다.

상온 부근에서는 오르토수소와 파라수소의 비는 3:1로서 거의 변하지 않으나 저온이 되면 파라수소 쪽이 쉽게 생성되어 극저온에서 자성체를 촉매로 사용하는 등의 방법으로 거의 순수한 파라수소를 얻을 수도 있다.

오르토수소와 파라수소의 차이는 비열과 그 온도변화에 뚜렷이 나타나며 끓는점 등의 물성에도 약간의 차이가 있다.

이와 같은 분자 외에 수소는 H, H 같은 이온도 된다.

전자는 양성자 자체지만 실제의 물질 속에서는 쉽게 다른 입자의 전자구름 속으로 끌려 들어가 이들과 공유결합을 만들기 때문에 독립된 입자로서는 존재하지 않는다.

〔용도〕 암모니아 및 메틸알코올 합성용 원료, 석유정제에 있어서 수소화분해용으로 다량 이용된다.

최근에는 로켓용 연료, 우주공간비행체용 연료, 그 밖에 기름을 경화시키기 위한 수소첨가, 액체연료의 제조, 산소·수소 불꽃으로 금속의 절단과 용접, 백금·석영 등의 세공에도 널리 사용되고 있다.

또한 액체수소는 끓는점이 아주 낮기 때문에 냉각제로 사용되기도 한다.

시판되는 수소봄베에는 빨간색을 칠하여 그 내용물을 표시하고 있다.