개념 한 쪽
화재 원인과 확산을 규명하려면 물질의 물리적·화학적 특성을 파악해야 한다. 도료의 분류, 산화제의 위험성, 가연성 가스의 연소범위와 혼합 가스의 연소한계 계산이 핵심 내용이다.
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출제기준 단원 「물리·화학적 특성 조사」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 도료 명칭 판별 | 1 | 주원료와 요오드가 조건으로 도료의 종류를 가리기 |
| 산화제 역할 판별 | 1 | 물질의 산소공급원(산화제) 여부를 식별하기 |
| 발화특성·비교 | 1 | 탄소수와 발화온도 관계로 가장 높은 발화온도 선택하기 |
도료는 주원료에 따라 명칭이 달라진다. 기름(건성유)을 주원료로 하여 안료와 혼합한 도료는 페인트로 분류한다. 반대로 니스나 합성수지에 용제를 섞어 만드는 락카류는 용제가 증발하면서 건조되는 성질을 가진다. 도료의 분류를 물을 때는 주원료와 제조 방법을 기준으로 판단해야 한다.
연소계에서 산소공급원은 외부 산소가 부족한 환경에서 산소를 방출하거나 공급하는 물질을 뜻한다. 과산화나트륨처럼 이산화탄소와 반응하거나 분해하면서 산소를 발생시키는 물질은 산소공급원(산화제)에 해당한다. 반면 황린, 알칼리 금속, 유기용매류 등은 주로 가연물로 작용하므로 산소공급원과 구분해야 한다.
발화온도와 연소범위는 물질별로 중요한 특성이다. 탄화수소류에서는 탄소 수가 증가할수록 일반적으로 발화온도가 낮아지는 경향이 있다. 메탄처럼 탄소 수가 적은 물질은 상대적으로 높은 발화온도를 보이는 사례가 있다. 또한 가연성 가스의 연소범위는 최저·최고 농도로 정의되며, 메탄의 연소범위는 5.0~15 vol% 같은 고유 값을 암기해 판단 근거로 쓴다.
혼합가스의 연소하한계(LFL)는 르 샤틀리에의 법칙으로 계산한다. 각 성분의 체적분율을 해당 성분의 LFL로 나눈 값을 합한 뒤 그 역수를 취하면 혼합가스의 LFL을 구할 수 있다. 이 계산은 사고 현장에서 다양한 가스가 혼합된 상황의 폭발 위험도를 평가할 때 유용하다.
1) 도료 분류 문제 예시 문제에서 '건성유를 가열한 뒤 요오드값이 145 이상인 보일유에 전색제와 안료를 넣어 만든' 도료를 묻는다면 기름 계열의 주원료와 안료 혼합 조건으로 페인트를 선택한다. 락카는 수지와 용제를 주원료로 하는 점을 근거로 배제한다.
2) 혼합가스 LFL 계산 대표 풀이 조건: 프로판 50% 비율, 메탄 30%, 수소 20%이며 각 성분의 LFL은 프로판 2.1vol%, 메탄 5.0vol%, 수소 4.0vol%이다. 르 샤틀리에 법칙에 따라 1/LFLm = (0.5/2.1) + (0.3/5.0) + (0.2/4.0) 를 계산한 뒤 역수를 취하면 혼합가스의 LFL을 구할 수 있다. 계산 과정을 정확히 따라 소수점까지 처리하면 혼합 LFL 값을 얻을 수 있다.
아마인유, 대두유, 오동유 등의 건성유를 90∼100℃에서 5∼10시간 공기를 불어 넣으면서 가열하여 색과 점도를 준 것으로 요오드가가 145 이상인 보일유에 안료와 전색제 등을 혼합한 착색도료는?
정답 ② · 질문은 건성유를 열처리해 점도와 색을 조정한 뒤 안료를 섞어 만든 착색도료의 명칭을 묻고 있다. 건성유(예: 아마인유 등)를 가열·산화시켜 얻은 보일유에 안료와 전색제를 혼합하면 전형적으로 페인트가 된다.
건성유에 안료와 전색제를 혼합한 착색도료는 페인트이며, 락카는 용제 증발로 건조되는 도료이다.
다음 중 산소공급원의 역할을 하는 물질은?
정답 ① · 문항은 산소공급원 역할을 하는 물질을 고르는 문제이다. 과산화나트륨은 분해 시 산소를 발생시키거나 CO2 흡수 후 산소를 제공하는 성질이 있어 산소 공급원으로 작용한다.
과산화나트륨은 이산화탄소와 반응하여 산소를 발생시키므로 산소공급원 물질이다.
다음 중 발화온도가 가장 높은 것은?
정답 ① · 발화점(발화온도)은 가스의 종류에 따라 다르며, 탄소 수가 많고 분자량이 클수록 일반적으로 발화점은 낮아지는 경향을 보입니다. 보기의 물질별 대략적인 발화점은 메탄이 약 537℃로 가장 높고, 프로판은 약 470℃ 전후, 노르말 헥산은 약 225℃, 이소프탄은 약 420℃ 수준입니다.
탄소 수가 적을수록 발화온도가 높아지는 경향이 있어 메탄이 가장 높다.
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