과학자들이 헬륨에서 안정적인 화합물을 만든 것은 이번이 처음이다. 새로운 화합물은 지구상에서는 존재할수 없으며, 목성이나 토성 같이 압력이 높은 가스 행성에서나 존재할 수 있다. /사진=데일리메일

우리는 고등학교 과학 시간에 헬륨이 비활성 기체여서 다른 물질과 반응하지 않는다고 배웠다.

하지만, 과학자들이 우리가 생각했던 것처럼 헬륨이 고결하지 않다는 사실을 발견했다. 국제 과학팀이 헬륨과 나트륨 원소로 이뤄진 안정적인 헬륨 화합을 만드는데 성공했다고 영국 데일리메일이 8일 보도했다. 과학자들은 그들의 발견이 화학의 새로운 지평을 열 것이라고 말했다.

우리가 고등학교 화학 시간에 배운 것을 상기해보자. 원자는 양전하를 띤 전자핵 주위를 음전하를 띤 전자가 돌고 있다. 양 전하가 많은 수록 더 많은 전자를 잡아둘 수 있다. 전자는 껍질이라고 불리는 층에 채워진다. 원자 사이의 결합에서는 바깥쪽 껍질의 전자를 공유한다. 만약 껍질에 전자가 가득 차 있으면 결합을 하지 않는다. 비활성 기체인 헬륨과 네온은 바깥쪽 껍질에 전자가 가득 차 있다. 다시 말해, 헬륨은 화학적 상태가 매우 안정해 다른 원자와 서로 반응하지 않는 것으로 알려져 있었다.

미국 유타대 연구진이 이끄는 국제 팀이, 열역학적으로 안정한 헬륨-나트륨 화합물을 만드는 데 성공했다. 이번 발견은 화학에 대한 기본적 개념을 뒤흔드는 것 뿐만 아니라, 목성과 토성 같은 거대한 가스 행성 중심부의 높은 압력에서 일어나는 일을 이해하는데 도움이 될 것이다.

유타 대학에서 박사 과정을 밟고 있는 이반 포포브는“화학은 토성 같은 행성에서 높은 압력을 받으면 변한다”고 말했다. 비활성 기체인 헬륨과 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈은 다른 원소와 반응하지 않는 것으로 알려져 있다. 비록 제논이나 아르곤이 높은 압력에서 마그네슘과 반응하는 것이 확인됐지만, 과학자들이 헬륨에서 안정적인 화합물을 만든 것은 이번이 처음이다. 포포브 씨는 “헬륨과 나트륨의 결합은 화학 시간에 배운 이온결합이나 공유결합과는 다르다”면서 “하지만 헬륨은 그 구조를 안정하게 유지하고 있으며, 헬륨 원자가 빠지면 그 구조는 더 이상 안정하지 않았다”고 말했다.

헬륨 나트륨 화합물은 형석(螢石) 타입의 구조를 가졌으며, 113기가 파스칼(대기압의 111만배) 이상의 압력에서만 안정적으로 유지된다. 이 새로운 화합물은 지구상에서는 존재할 수 없으며, 목성이나 토성 같이 압력이 높은 가스 행성에서나 존재할 수 있다. 왜냐하면 목성과 토성 등 가스 행성에는 헬륨이 많이 존재하기 때문이다. 과학자들은 이번 발견으로 다른 행성 내부가 어떤 모습일지를 상상할 수 있게 한다고 보고 있다.

다른 과학자들은 헬륨 화합물이 실제로 존재하는지 확인하기 위해 비슷한 실험을 해야 할 것이다. 영국 런던에 위치한 임페리얼 칼리지의 헨리 르제파 교수는 “우리는 오랫동안 엄청난 압력하에서 존재하는 새로운 화학이 있을 것이라고 상상했다”면서 “이번 발견은 화학에 새로운 지평을 열어 줄 것”이라고 말했다. /문병도기자 do@sedaily.com

출처: 서울경제