개념 한 쪽
물질이 열에 의해 분해되거나 산화하면서 발생하는 열의 축적은 외부 점화원 없이 발화로 이어질 수 있다. 분해열의 크기와 물질의 물리적 형태, 표면적 및 열의 방출 조건을 종합적으로 판단하여 자연발화 위험을 평가한다.
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출제기준 단원 「상태변화 및 열분해」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 금속화재 분류 판단 | 1 | 가연성 금속 화재의 분류와 소화 특성 구분 |
| 분해열에 따른 자연발화 판정 | 1 | 물질별 분해열 축적 여부로 자연발화 가능성 가림 |
| 분진 폭발성 여부 구분 | 1 | 분말의 가연성 여부로 분진폭발 가능성 판단 |
자연발화는 외부에서 불을 붙이지 않고 물질 자체의 발열이 축적되어 발화점에 도달하는 현상이다. 이때 핵심은 생성된 열이 외부로 빠져나가지 못하고 내부에 머무르는 것이다. 따라서 발열량과 열 방산량의 균형을 열수지 관점에서 판단해야 한다.
분해열은 고분자나 불안정한 화학결합을 가진 물질이 분해될 때 방출하는 열이다. 니트로기나 유사한 불안정한 작용기를 가진 물질은 분해 시 많은 열을 방출하므로 분해열 축적으로 자연발화를 일으킬 가능성이 높다. 반대로 열안정성이 높은 고분자는 분해열 축적에 의한 자연발화 위험이 상대적으로 낮다.
물질의 물리적 형태는 자연발화 위험을 좌우한다. 분말상이나 다공성 상태는 단위 질량당 표면적이 커서 산소 접촉이 활성화되고 열이 잘 축적되므로 자연발화가 용이하다. 괴상(덩어리)이나 표면적이 작은 상태는 열이 외부로 방출되기 쉬워 자연발화 조건이 불리하다.
화재감식 관점에서는 분해열 특성과 물리형태, 저장 방식, 주변 온도 및 습도 등 여러 조건을 함께 고려하여 위험성을 판정해야 한다. 습도는 물질 특성에 따라 발열을 촉진할 수도 있으므로 물질별 반응 특성을 확인해야 한다.
문제 유형 예시는 '어떤 물질이 분해열 축적으로 자연발화를 일으키는가'를 묻는 문제이다. 선택지에 셀룰로이드, 니트로글리세린, 니트로셀룰로오스, 폴리에스테르가 주어졌다면 니트로기를 포함하거나 불안정한 결합을 가진 셀룰로이드·니트로글리세린·니트로셀룰로오스가 분해열 축적 위험이 크고, 폴리에스테르는 상대적으로 낮다고 판정한다.
또 다른 예시는 형태와 표면적을 비교하여 자연발화 위험을 묻는 문제이다. 분말상 유연탄과 괴상 유연탄이 주어졌다면 분말상이 표면적이 넓어 산소 접촉과 열 축적이 용이하므로 위험이 더 높다고 판단한다.
비교 문제에서는 '표면적이 작다'는 조건을 자연발화가 용이한 조건으로 오인하지 않도록 주의한다. 표면적이 작으면 열이 외부로 빠져나가 열축적이 억제되므로 자연발화가 일어나기 어렵다.
항공기 화재에서 가연성 금속화재의 분류(class)로 옳은 것은?
정답 ④ · 문항은 항공기 화재에서 가연성 금속 화재의 분류를 묻고 있다. 가연성 금속 화재는 소화분류상 Class D에 해당하며 일반 소화제로는 진화가 불가능하고 특수 분말 소화제를 사용해야 한다.
항공기 화재에서 가연성 금속(마그네슘, 티타늄 등)은 Class D로 분류하며, 일반 소화제로는 진화 불가.
분해열의 축적으로 자연발화를 일으키는 물질이 아닌 것은?
정답 ① · 문항은 분해열 축적으로 자연발화를 일으킬 가능성이 없는 물질을 묻고 있다. 니트로글리세린, 니트로셀룰로오스, 셀룰로이드는 화학적으로 불안정하거나 분해 시 큰 발열을 내는 성질이 있어 분해열 축적으로 자연발화할 위험이 크다.
폴리에스테르는 분해열 축적에 의한 자연발화 위험이 낮은 반면, 셀룰로이드 등은 고분자 분해 시 발열한다.
분진폭발을 일으킬 가능성이 없는 것은?
정답 ④ · 문제는 분진폭발을 일으킬 가능성이 없는 분말을 찾는 것이다. 분진폭발은 분진이 가연성일 때 발생하므로 목분, 마그네슘 분말, 폴리에틸렌 분말은 모두 가연성 분진이어서 위험하다.
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