개념 한 쪽
폭발은 급격한 에너지 방출로 인한 파괴적 현상으로, 원인에 따라 화학적 폭발과 물리적 폭발로 구분한다는 점을 이해해야 한다.
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출제기준 단원 「폭발의 정의 및 조건」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 연소 특성 비교 | 1 | 분진과 가스의 폭발·연소 특성 차이를 판단한다 |
| 물질 반응 생성물 식별 | 1 | 특정 화합물의 물과의 반응으로 생성되는 가연성 가스를 묻는다 |
| 폭발 분류 결정 | 1 | 사례를 보고 화학적·물리적 또는 확산·집중 폭발을 분류한다 |
폭발은 물질 내부에서 에너지와 가스가 단시간에 방출되며 급격한 압력 상승을 초래하는 현상으로 정의한다. 폭발의 본질을 파악할 때는 에너지가 화학적 반응에서 나오는지, 물리적 상태 변화에서 나오는지를 구별해야 한다는 점을 강조한다.
화학적 폭발은 물질의 화학 결합이 급격히 변하여 다량의 열과 가스를 방출하는 경우로 분류한다. 산화 폭발, 분해 폭발, 중합 폭발 등이 여기에 해당하며, 화약류나 폭약처럼 물질 자체의 화학 반응으로 에너지가 방출되는 사례가 대표적이다.
물리적 폭발은 화학 반응 없이 기체 팽창이나 압력차로 인해 발생하는 경우로 분류한다. 비등액체증기 폭발(BLEVE)은 고압 액체가 가열되어 용기가 파열되고 급격히 증기화되어 발생하는 물리적 폭발의 전형적인 사례로 분류한다.
폭발을 분류할 때는 또 연소 속도의 관점에서 확산 폭발과 집중 폭발(폭굉)을 구별한다. 확산 폭발은 연소 전파 속도가 비교적 느린 반면, 집중 폭발은 연소 전파 속도가 음속을 초과하여 매우 큰 충격파를 발생시키는 특성이 있다.
연소 관련 특성도 폭발 이해에 중요하다. 예를 들어 분진폭발은 가스폭발과 비교하여 최소발화에너지가 크고 연소속도가 느리며 불완전연소가 많고 연소시간이 길다는 점을 유의해야 한다. 또한 혼합가스의 폭발한계는 각 성분의 폭발한계와 구성비를 이용해 계산하는 원리를 적용한다고 이해해야 한다.
분진과 가스를 비교할 때, 분진폭발은 입자별로 착화가 이루어져야 하므로 가스보다 최소발화에너지가 크고 연소가 느리며 불완전연소가 일어나 연소시간이 길어지는 특성이 있다는 설명을 예로 들 수 있다.
특정 물질의 반응 생성물을 물어보는 문제에서는 탄화알루미늄(Al4C3)이 물과 반응하면 메탄(CH4)을 발생시킨다는 사실을 직접 연결하여 풀 수 있다.
폭발의 분류 문제에서는 수류탄과 같은 폭약성 물질은 화학적 폭발이며 연소 전파 속도가 매우 빠른 집중 폭발(폭굉)의 특성을 가진다는 점을 근거로 분류하면 된다.
비등액체증기 폭발(BLEVE)은 화학적 변화가 아닌 물리적 상태 변화와 압력 차이로 발생하는 폭발임을 예로 들어 화학적 폭발과 구분하면 된다.
연소의 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
정답 ④ · 연소 및 화염 특성에 대한 설명으로 가연성 혼합기체의 연소속도는 화학양론비 부근에서 화염 온도가 가장 높아져 '최대'가 됩니다. 연소상한계나 연소하한계로 갈수록 연소속도는 급격히 느려지며 결국 화염 전파가 멈추게 됩니다.
연소속도는 화학양론비 부근에서 최대가 되며, 한계로 갈수록 감소하므로 4번은 틀렸다.
분진폭발을 가스폭발과 비교할 때 분진폭발의 특징으로 옳은 것은?
정답 ① · 문항은 분진폭발과 가스폭발을 비교하여 분진폭발의 특징을 묻고 있다. 분진폭발은 입자 특성상 최소발화에너지가 상대적으로 크고 연소속도는 느리며 불완전연소가 많고 연소시간이 길게 나타나는 것이 일반적이다.
분진폭발은 가스폭발에 비해 최소발화에너지가 크고, 연소속도가 느리며, 불완전연소가 많고 연소시간이 길다.
탄화알루미늄이 상온에서 물과 반응할 경우 생성되는 가연성 기체는?
정답 ③ · 탄화알루미늄(Al4C3)은 물과 반응하여 수소화 반응을 일으키는 금속 탄화물의 일종입니다. 이 물질이 상온의 수분이나 물과 만나면 격렬한 화학 반응을 일으키며 다량의 메탄(CH4) 가스를 발생시킵니다.
탄화알루미늄(Al4C3)은 물과 반응하여 메탄(CH4) 가스를 발생시키는 가연성 물질입니다.
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