개념 한 쪽
공업화학제품의 품질평가는 원료와 제품의 물리화학적 특성을 나타내는 지표로 판정한다. 유지의 비누화값과 산가 같은 지표는 성분과 열화 상태를 알게 해주며, 물의 순도는 비저항으로 평가한다. 폐수나 공업용수의 처리에는 물성에 따라 적합한 약품을 선택하여 처리 효과를 확보한다.
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출제기준 단원 「품질평가」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 중금속 제거 방법 판별 | 1 | 폐수 내 중금속 처리 방법의 타당성을 가려낸다 |
| 산가 계산 | 1 | 시료 질량과 사용 KOH로부터 산가를 연산한다 |
| 물의 비저항 단위 확인 | 1 | 물 순도를 나타내는 비저항의 단위를 고른다 |
비누화값은 유지 1g을 완전히 비누화하기 위해 필요한 수산화칼륨(KOH)의 mg 수로 정의한다. 같은 질량에서 분자량이 작은 지방산이 많을수록 분자의 개수가 많아져 필요한 KOH의 양이 늘어나므로 비누화값은 평균 분자량과 반비례 관계를 가진다. 따라서 비누화값이 크면 평균 분자량이 작다고 해석한다.
산가(acid value)는 유지 1g을 중화하는 데 필요한 KOH의 mg 수로 정의한다. 산가는 유지 속에 존재하는 유리 지방산의 함량과 직접적으로 관련되므로 시료에 사용된 KOH 질량을 시료 질량으로 나누어 계산한다. 산가 계산은 단위에 유의하여 KOH의 mg와 시료의 g을 일치시켜 나누는 방식으로 수행한다.
물의 순도는 전해질 농도와 반비례하는 비저항(resistivity)으로 평가한다. 비저항의 단위는 옴센티미터(Ω·cm)이며, 값이 클수록 이온이 적어 물이 순수하다는 뜻이다. 공업용수나 반도체 공정용수 등에서는 비저항 값을 기준으로 수질을 판단하고 관리한다.
폐수 내 중금속 이온은 원소적 성질로 인해 열분해로 제거되지 않는다. 중금속 이온 제거에는 pH 조절에 따른 수산화물 침전, 이온교환수지 흡착, 전해 회수 등의 물리화학적 방법을 사용한다. 산성 폐수의 경우 중화제로 생석회(CaO 등)를 사용하고, 콜로이드 상태로 존재하는 미세 입자에는 응집제(알루미늄염 등)를 추가하여 응집·침전시킨다.
산가 계산 예시를 하나 제시한다. 시료 2g을 중화하는 데 KOH 200mg가 소요되었다면 산가 공식인 '산가 = 사용된 KOH(mg) ÷ 시료(g)'에 따라 200 ÷ 2 = 100으로 산가가 100 mg KOH/g이 된다. 이 계산은 단위를 일치시켜 나누어 계산한다.
수질 관련 농도 계산 예시를 하나 제시한다. 1000ppm 처리제를 사용하여 1000m³의 폐수를 처리할 경우, 물의 질량을 1000m³ × 1000kg/m³ = 1,000,000kg으로 보고 ppm 비율 1000ppm은 1/1000이므로 필요한 처리제는 1,000,000kg × 1/1000 = 1,000kg이 된다. ppm 계산에서는 물의 질량과 ppm의 백만분율 정의를 활용하여 곧바로 도출한다.
폐수 내에 녹아있는 중금속 이온을 제거하는 방법이 아닌 것은?
정답 ① · 폐수 중의 중금속 이온 제거에 적합한 처리 방법을 고르는 문제이다. 중금속은 원소 형태의 이온이므로 열분해로는 제거되지 않으며, 열분해는 주로 유기물이나 폐기물 처리에 쓰이는 공정이다.
중금속 이온은 열분해로 제거되지 않으며, 침전, 이온교환, 전해등의 방법으로 제거하거나 회수한다.
pH가 2인 공장 폐수 내에 Cu+2, Zn+2 등의 중금속이온이 다량 함유되어 있다. 이들을 중화처리할 때 중금속이온은 수산화물 형태로 대부분 침전되어 제거되지만, 입자의 크기가 작은 경우에는 콜로이드상태로 존재하게 되므로 응집제를 사용하여야 한다. 이와 같은 폐수처리과정에서 필요한 물질들을 옳게 나열한 것은?
정답 ④ · 문항은 산성 폐수 중 금속이온을 침전·응집하여 제거할 때 필요한 약품 조합을 묻고 있다. 산성 폐수의 중화에는 염기성 물질(예: CaO 생석회)이 경제적이고 안전한 선택이며, 콜로이드상 침전 입자를 응집시키기 위해 알루미늄염(황산알루미늄수화물, 백반)이 사용된다.
산성 폐수의 중화에는 산을 중화할 수 있는 염기성 물질(CaO 등)이 필요하며, 콜로이드 응집에는 알루미늄염이 사용된다.
일반적으로 물의 순도는 비저항 값으로 표시한다. 이 때 사용되는 비저항의 단위로 옳은 것은?
정답 ① · 문항은 물의 순도를 나타내는 비저항의 단위를 묻고 있다. 비저항(resistivity)의 통상 단위는 옴 센티미터(Ω·cm)이며 값이 클수록 물의 이온 농도가 낮아 순도가 높다.
물의 순도는 비저항(단위: Ω·cm)으로 표시하며 값이 클수록 순도가 높다.
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