개념 한 쪽
대기환경기사 미세먼지 입자의 구성과 크기 — 마틴직경·스토크스 직경
미세먼지 발생 및 발생원 세트는 「입자가 무엇으로 이루어졌고, 그 크기를 무엇으로 규정하는가」를 묻는다. 자연산 광물성 먼지의 구성 원소와, 모양이 고르지 않은 입자의 직경 정의가 함께 나온다. 직경의 정의를 서로 바꿔 놓은 선지를 골라내는 것이 핵심이다.
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뜻
입자상물질은 무엇으로 이루어졌는지부터 물어진다. 석면은 자연산 규산염 광물로, 규소(Si)와 산소(O)를 뼈대로 마그네슘·철·나트륨 등이 결합해 만들어진다. 구성 원소 가운데 칼륨은 상대적으로 함량이 낮거나 특정 종류에서는 거의 포함되지 않아, 주요 구성 성분으로 보기 어렵다. 석면의 구성성분을 물으면 규소·철·나트륨 쪽을 남기고 칼륨을 걸러 내는 셈이 된다.
크기를 재는 기준은 여러 가지다. 입자의 투영 면적을 정확히 두 등분하는 직선의 길이를 지름으로 삼는 것이 마틴직경이다. 이와 달리 가장 긴 쪽을 잣대로 삼으면 최대장직경, 가장 많이 존재하는 입자의 크기를 잡으면 빈도직경, 통계적 중앙값을 잡으면 중위직경이 된다. 같은 입자라도 어떤 기준을 세우느냐에 따라 값이 달라지므로, 정의를 서로 바꿔 놓은 선지가 함정이 된다.
침강 특성으로 규정하는 방법도 있다. 실제 입자는 둥글지 않으므로, 같은 속도로 가라앉고 밀도도 같은 구형 입자의 직경을 스토크스 직경이라고 한다. 여기서는 침강속도가 같다는 조건과 밀도가 같다는 조건이 모두 필요하다. 밀도를 1g/cm³이나 10g/cm³처럼 임의의 값으로 못 박거나 밀도 조건을 빼놓은 정의는 성립하지 않는다.
예제
출제 패턴은 세 가지다. ① 직경 정의 구분 — 면적을 이등분하는 선을 최대장직경으로, 가장 긴 선을 마틴직경으로 바꿔 놓은 선지가 오답이다. ② 스토크스 직경의 조건 — 침강속도 조건만 남기고 밀도 조건을 흐리거나, 밀도를 특정 수치로 고정한 선지를 소거한다. ③ 구성 원소 — 석면의 주요 구성 원소 자리에 칼륨을 넣거나 규소·철·나트륨을 빼놓은 선지가 틀린다.
자주 묻는 물음
- 마틴직경이란 무엇인가요?
- 입자의 투영 면적을 정확히 두 등분하는 직선의 길이를 지름으로 정의한 값입니다. 가장 긴 쪽을 잡는 최대장직경, 가장 많이 존재하는 크기를 잡는 빈도직경, 통계적 중앙값을 잡는 중위직경과 구분해야 합니다.
- 스토크스 직경의 정의에 필요한 조건은 무엇인가요?
- 침강속도가 같고 밀도도 같은 구형 입자의 직경이라는 두 조건이 모두 필요합니다. 밀도를 1g/cm³이나 10g/cm³처럼 임의의 값으로 정하거나 밀도 조건을 빼놓은 정의는 성립하지 않습니다.
- 석면의 구성성분에서 거리가 먼 원소는 무엇인가요?
- 칼륨(K)입니다. 석면은 자연산 규산염 광물로 규소와 산소를 뼈대로 마그네슘·철·나트륨 등이 결합해 만들어지며, 칼륨은 함량이 낮거나 특정 종류에서 거의 포함되지 않습니다.
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