'마이너스 수소이온'이란?

 수소이온 발견

 

수소를 처음 발견한 사람은 영국의 물리학자 '헨리 캐번디시(Henry Cavendish, 1731년 10월 10일~1810년 2월 24일)'였다. 그는 1766년 발표한 논문에서 처음으로 수소를 독립된 원소로 보았다. 
수소(水素, hydrogen)는 중학교에서 배우는 주기율표의 가장 첫 번째 화학 원소로, 원소 기호는 H(라틴어: Hydrogenium)다. 수소 원자는 우주에서 가장 많고 가볍다. 동위원소로는 중수소와 삼중수소가 있다. 수소라는 이름은 '물의 재료'라는 뜻이다. 
수소는 세상에서 가장 흔한 원소이며, 두 개의 수소 원자가 산소 원자와 결합해 물을 구성하는 기초원소다. 스스로 타는 성질이 있고 폭발하는 성질도 있다.
인간의 몸은 60조개의 세포로 이뤄져있으며, 각각의 세포 속에는 미토콘드리아(mitochondria)가 수십 개에서 수천 개가 들어있다. 미토콘드리아에서는 에너지대사가 이뤄지고 있어, 1000조개 이상의 미토콘드리아(mitochondria)가 구연산 사이클 속에서 에너지 대사로 사용할 때, 호흡하는 산소의 약 2~5%가 활성산소로 변해, 항상 체내로 방출되고 있다.
 

 

물(H2O)을 전기 분해하면 ㊀극으로부터 수소가스(H2)가 발생하고, ㊉극으로부터는 산소가스(O2)가 발생한다는 것은 중학교 때 배웠을 것이다. 고등학교나 대학에서 화학을 배운 사람은 수소는 물에 녹으면 전자를 잃어버리고, ㊉전하를 가진 양이온(H+)이 된다는 것도 알고 있을 것이다.

 

일부 사람들이 의심을 갖고 있는 마이너스 수소이온에 대해 세계적으로 유명한 위키피디아 백과사전(영어판)에서는 다음과 같이 소개하고 있다. “마이너스 수소이온은 수소이온중 하나이고, H- 로 표시한다. 마이너스 수소이온은 태양과 같은 별의 대기를 구성하는 중요한 구성 요소 중 하나다. 화학에서는 마이너스 수소이온을 하이드리드라고 한다.”

 

미국의 과학자 어빙 랭뮤어(Irving Langmuir, 1881~1957)는 1932년 원자상태 수소의 발견(H-)으로 노벨상 화학상을 수상했다. 그는 1920년대부터 연구한 업적으로, 원자상태의 수소와 마이너스 수소이온의 존재를 명확히 했다.
 
물은 통상적으로 H2O ⬌ H+ + OH- 로 해리(解離)되기 때문에, 전기 분해하면 H+ 가 ㊀극에 모이고 그곳에서 수소가스(H2)가 발생한다. 대학에서 분자물리학을 전공한 사람은 수소이온은 양자 주변에 전자(ē)를 갖지 않는 H+ 라고 굳게 믿고 있기 때문에 수소원자의 외부 궤도에 2개의 전자를 가진 마이너스 수소이온(H-)이 존재할 것이라고는 꿈에도 생각하지 못했을 것이다.

일본 이와나미(岩波) 『이과학사전(理科學辭典)』에도 마이너스 수소이온(H-)의 존재에 대해 자세히 적혀 있다. 약간 어렵지만 상세하게 설명하자.
①수소원자는 물과 접하면 전자를 잃고, 이온화되면 H+가 된다.
②수소원자에 또 다른 전자가 부가돼 2개의 전자를 갖게 되면 H- 가 된다.
③마이너스 수소이온(H-)은 일반 수소원자(H)에 비해 강한 환원력이 있다.

수소원자는 물속에서 이온화되기 때문에 물은 통상 H+(수소이온)와 OH-(수산기이온)로 나눌 수 있다. 전기 분해하면 플러스에 전하된 수소이온 H+ 는 음극에, OH- 는 양극에 모이게 돼 음극에서 수소가스(H2)가 발생한다.
 
■ 이온화
 
물질은 대기 중에서 고온으로 플라즈마(plasma) 상태가 되거나 광 흡수나 전자충격이 없으면 이온화되는 경우는 없다.
그러나 물질이 물에 녹으면 쉽게 이온화된다. 이온이란, 원자핵 외부 궤도의 전자를 1개 또는 여러 개 잃어버려 ㊉이온이 되거나, 반대로 과잉 된 전자를 얻어 생기는 것으로 ㊉나 ㊀의 전하를 갖는 원자를 말한다.모든 물질(원자)은 물과 접하면 전자를 1개 잃고 양이온이 되려는 경향이 있다. 이것을 이온화 경향이라고 한다. 이온화 경향이 큰 금속일수록 산화되기 쉽다. 그래서 금이 가장 산화되기 어려운 물질이라는 것이다.

이 설명을 수소에 대비해 살펴보기로 하자. 수소는 물과 접하면 궤도에 있는 전자를 1개 잃고, 플러스 수소이온(H+)이 된다. 반대로 수소원자에 또 1개의 전자가 부가되면, 궤도에 2개의 전자를 가진 마이너스 수소이온(H-)이 될 것이다.
 

Li, K, Na, Ca, Mg, Al, Zn, Cr, Fe, Cd,  Ni, An, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au (리튬, 칼륨, 칼슘, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄, 아연, 크롬, 철, 카드뮴,  니켈, 안티몬, 납, 수소, 동, 수은, 은, 팔라듐, 백금, 금)

전자를 2개 갖고 있기 때문에 보통의 수소이온보다 강한 환원력을 갖고 있는 것은 당연하다. 바로 이 부분이 핵심이다. 즉 마이너스 수소이온을 섭취하면, 2개의 전자가 전달돼 우리 몸이 산화(노화)되는 것을 막을 수 있다는 것이다. 활성산소로부터 발생하는 모든 질병에 대하여도 방어할 수 있다는 결론이다.
 

특히 마이너스 수소이온은 활성산소 중에서도 가장 독성이 강한 히드록실 라디칼(hydroxyl radical)이라고 하는 가장 나쁜 활성산소만을 선택적으로 제거한다는 것이 확인됐다.

 

 

 
인용/양은모 보건전문위원(한국식용수소연구소장)· 방재홍 (주)제이앤에스 대표