불꽃연소와 관계가 없는 것은?
- 가연성 성분이 기체상태에서 연소하고 있다.
- 연쇄반응이 일어난다.
- 다이아몬드를 연소시킨다.
- 연소시 발열량이 매우 크다.
정답과 해설 보기
정답 ③ · 불꽃연소와 관계 없는 것을 고르는 문제이다. 불꽃연소는 가연성 물질이 기체나 증기 상태로 연소하는 형태로, 라디칼에 의한 연쇄반응이 일어나고 발열량이 매우 큰 특징이 있다.
불꽃연소는 기체·증기의 연쇄반응 연소이고, 다이아몬드 연소는 표면(홍염)연소라 관계 없다.
개념 한 쪽
소방설비기사(전기분야) 연소의 원리와 성상 — 연소 4대 요소·자연발화·표면연소·이론공기량
연소이론 문제는 연소의 정의와 4대 요소, 연소 형태 분류(불꽃연소·표면연소), 자연발화, 가연성·불연성 기체 구분, 이론공기량 계산을 묻는다.
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뜻
연소는 가연성 물질이 산소와 급격히 화합할 때 열과 빛을 내는 산화 현상이다. 연소의 4대 요소는 가연물·열(점화원)·산소·순조로운 연쇄반응이며, 이는 소화 4대 원리와 1:1로 대응한다(열 제거=냉각, 산소 차단=질식, 가연물 제거=제거, 연쇄반응 차단=억제). 가연물질이 연소 잘되는 조건은 표면적이 넓을 것, 산소와 친화력이 좋을 것, 열 축적이 잘될 것, 열전도율이 작을 것이다. 열전도율이 크면 열이 주위로 빠져나가 점화온도에 도달하지 못해 오히려 연소가 어렵다.
연소 형태에서 불꽃연소는 기체·증기 상태의 가연물이 활성 라디칼의 연쇄반응으로 타며 발열량이 크고, 다이아몬드·숯·목탄처럼 고체가 표면에서 불꽃 없이 붉게 타는 것은 표면연소(홍염연소)다. 가연물이 공기 중에서 산화되어 산화열이 방산되지 못하고 축적되다 발화점에 도달해 스스로 발화하는 현상은 자연발화다. 아세틸렌은 탄소 삼중결합(C≡C)이 불안정해 산소 없이도 발열 분해하며 폭발하는 분해폭발의 대표 가스고, 포스겐은 타지 않는 불연성 유독가스다. 기체의 가연성 구분에서 일산화탄소(CO)는 타서 이산화탄소가 되는 가연성 기체이고 N₂·CO₂·SO₂는 불연성 기체다. 산소 공급원(산화제)으로는 과산화나트륨·질산나트륨·압축공기가 해당하고, 탄화칼슘(카바이드)은 물과 반응해 아세틸렌을 만드는 가연물일 뿐이다.
가연성 기체의 이론공기량은 반응식에서 필요 산소 몰수를 구해 공기 중 산소 농도 21%로 나눈다(이론공기량 = 필요 O₂ 몰수 ÷ 0.21). 수소는 0.5÷0.21≈2.38, 메탄은 2÷0.21≈9.52, 아세틸렌은 2.5÷0.21≈11.9, 프로판은 5÷0.21≈23.81몰이다. 탄화수소 CxHy의 이론 산소는 x+y/4 몰로 구한다. 가연성 섬유의 난연 처리 원리는 불연성 가스 발생, 흡열반응에 의한 냉각, 연쇄반응 차단 입자 생성의 세 가지이며 표면을 용해해 분자조직을 바꾸는 방법은 난연 원리가 아니다.
예제
정의 매칭은 「산소와 급격히 화합 + 열과 빛 = 연소」, 「산화열 축적 + 스스로 발화 = 자연발화」, 「고체 표면의 붉은 연소 = 표면연소」로 잡는다. 조건 문제에서 「열전도율이 커야 한다」가 나오면 정답(옳지 않은 것) 후보다. 이론공기량은 O₂ 계수만 구해 0.21로 나누면 되고, 「메탄 9.52·프로판 23.81」 두 값만 외우면 비례 유추가 된다. 분해폭발 가스로는 아세틸렌, 산소 공급원이 아닌 것으로는 카바이드를 고른다.
대표 기출 3문항
가연성 섬유류 등의 연소성을 줄이기 위해서 화학물질을 사용하는 경우가 있는데, 그 방법과 원리로 옳지 않은 것은?
- 화학물질이 불연성 가스를 발생하여 산소를 제거시킨다.
- 화학물질의 흡열반응을 이용한다.
- 연쇄반응을 변화시킬 수 있는 작은 입자가 생성된다.
- 화학물질이 가연성 섬유의 표면을 용해시켜 분자조직을 바꾼다.
정답과 해설 보기
정답 ④ · 가연성 섬유류의 난연 처리 방법과 원리 중 옳지 않은 것을 고르는 문제이다. 난연제의 작용 원리는 화학물질이 불연성 가스를 발생시켜 산소를 제거하는 것, 흡열반응을 이용해 열을 흡수하는 것, 연쇄반응을 변화시킬 수 있는 작은 입자를 생성하는 것 등이다.
난연 처리의 원리는 불연성 가스 발생, 흡열반응, 연쇄반응 차단 입자 생성이며 '섬유 표면 용해'는 아니다.
연소의 4대 요소로 옳은 것은?
- 가연물-열-산소-발열량
- 가연물-발화온도-산소-반응속도
- 가연물-열-산소-순조로운 연쇄반응
- 가연물-산화반응-발열량-반응속도
정답과 해설 보기
정답 ③ · 연소의 4대 요소에 해당하는 조합을 고르는 문제이다. 연소의 4대 요소는 가연물, 열, 산소, 그리고 순조로운 연쇄반응이다.
연소의 4대 요소는 가연물·열(점화원)·산소·순조로운 연쇄반응이며 소화 4대 원리와 1:1 대응한다.
자주 묻는 물음
- 연소의 4대 요소와 소화원리는 어떻게 연결되나요?
- 연소의 4대 요소는 가연물·열(점화원)·산소·순조로운 연쇄반응입니다. 각각을 없애는 것이 소화 4대 원리로, 열 제거는 냉각, 산소 차단은 질식, 가연물 제거는 제거, 연쇄반응 차단은 억제에 해당합니다.
- 가연물질이 잘 타는 조건은 무엇인가요?
- 표면적이 넓을 것, 산소와 친화력이 좋을 것, 열 축적이 잘될 것, 열전도율이 작을 것입니다. 열전도율이 크면 열이 주위로 방출돼 점화온도에 도달하지 못하므로 「열전도율이 커야 한다」는 틀린 조건입니다.
- 이론공기량은 어떻게 계산하나요?
- 반응식에서 필요한 산소 몰수를 구한 뒤 0.21로 나눕니다. 수소는 약 2.38몰, 메탄은 약 9.52몰, 아세틸렌은 약 11.9몰, 프로판은 약 23.81몰이며, 탄화수소 CxHy는 x+y/4 몰의 산소가 필요합니다.
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