학습 목표
● 준비 학습 ●
1. 불이 일어나기 위한 세 가지 조건이 무엇인지 알아보자.
⇒ 산소(공기), 연료(탈 수 있는 물질), 발화점 이산의 온도(열)
2. 불을 끄는 방법에는 어떤 것이 있는지 알아보자.
⇒ 타는 물질과 원인에 따라 여러 가지가 있다.
⇒ 나무, 종이 : 물이나 소화기 사용, 담요나 모래 등으로 공기 차단
⇒ 석유, 가스 : 이산화탄소, 분말 소화기 사용, 물을 뿌리면 더 크게 번질 염려가 있다.
⇒ 전기 화재 : 전원을 끊고, 소화기를 사용, 물을 뿌리면 감전될 우려가 있으므로 특히 주의한다.
⇒ 금속, 화학 약품 : 불활성 기체 소화기 사용, 물을 뿌리면 폭발하므로 절대로 뿌리면 안된다.
3. 연료가 연소된 후 생기는 물질은 어떤 것들인지 알아보자.
⇒ 물, 이산화탄소, 숯, 재, 타르, 기타 오염 물질
4. 연료의 종류와 각 연료의 장점, 단점을 알아보자.
⇒ 아래의 표를 참고하자
5. LNG, LPG의 주성분이 무엇인지 조사하여 보자.
⇒ LPG의 주성분은 프로판과 부탄이며, 쉽게 액화되고, 공기보다 무거우므로 잘 확산되지 않아서 가정용, 자동차용으로 많이 쓰인다.
⇒ LNG의 주성분은 메탄이며, 액화가 쉽지 않고, 공기보다 가벼워 잘 확산되므로 파이프를 통해 가정에 공급한다.
6. 우리가 많이 쓰이는 가솔린, 등유, 경유의 성분을 조사하여 보자.
⇒ 가솔린 : 끓는점 30 ∼ 200℃, 파라핀계, 올레핀계, 나프탄계, 방향족계
⇒ 등유 : 끓는점 170∼ 280℃, 파라핀계, 탄화 수소
⇒ 경유 : 끓는점 200∼350℃, 각종 탄화수소의 혼합물
7. 금속의 반응성을 조사하여 보자.
⇒ K > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Ni > Sn > Pb > H > Cu > Hg > Ag > Pt > Au
8. 땅속에 묻은 가스관의 부식을 방지하는 방법을 알아보자.
⇒ 관에 페인트를 칠한다, 관보다 산화가 잘되는 금속을 붙여 놓는다.
▶ 화석연료 : 고대의 생물이 땅 속에 묻혀 생성된 석탄, 석유, 천연가스 등을 말하며 고체연료, 액체연료, 기체연료 등으로 구분할 수 있다.
고체연료
숯이나 석탄과 같은 고체 상태의 연료를 말한다.
장점 : 값이 싸고 매장량이 많다.
단점
더러우며 수송과 저장이 어렵다.
불을 붙이기 어렵고, 한 번 불이 붙으면 끄기도 어렵다.
많은 연기와 재를 남긴다.
액체연료
알코올이나 석유 등과 같은 액체 상태의 연료를 말한다.
장점
깨끗하며 수송과 저장이 간편하다.
자동 공급이 가능하다.
연소의 조절이 쉽고, 연소 후에 재가 남지 않는다.
고체 연료에 비해 발생하는 열량이 크다.
단점
매장량이 적어 앞으로 50 년 정도 밖에 사용할 수 없다.
60% 이상이 중동 지역에 편중되어 있어 공급이 불안정하며,
가격의 변동이 심하다.
자주 실어 날라야 한다.
냄새가 많이 난다.
3.기체연료
천연 가스나 석유 가스와 같이 상온에서 기체로 존재하는 연료를 말하며, 기체 상태로는 수송과 저장에 불편함이 있으므로 낮은 온도에서 압력을 가해 액화시켜 액화 천연 가스(LNG : Liquified Natural Gas)나 액화 석유 가스(Lpg : Liquified Petroleum Gas)로 만들어 사용하고 있다.
장점
값이 싸고 깨끗하다.
가스관만 설치하면 자동 공급이 가능하다.
연소의 조절이 쉽고 연소 후에 재가 남지 않는다.
다른 연료에 비해 발생하는 열량이 크다.
단점
작은 불씨로도 쉽게 불이 붙거나 폭발할 우려가 있다.
매장량이 적어 앞으로 60 년 정도 밖에 사용할 수 없다.
각 가정으로 연결하는 가스관의 설치 비용이 비싸다.
액화 천연 가스(LNG)와 액화 석유 가스(LPG)
액화 천연 가스 (LNG)
천연 가스를 액화하여 얻으며 주성분은 메탄이다.
공기보다 가벼워 확산이 잘 된다.(가스경보장치는 윗쪽에
설치한다.)
발열량이 매우 크며, 연소의 조절이 쉽고 찌꺼기가 없다.
도시 가스나 산업용으로 쓰인다.
액화 석유 가스 (LPG)
주성분은 프로판과 부탄이다.
공기보다 무거워 확산이 잘 되지 않으며, 액화가 쉽다.(가스경보장치는
아래쪽에 설치한다.)
발열량이 매우 크며, 연소의 조절이 쉽다.
소형의 압력 용기에 넣어 운반할 수 있어, 가정이나 요식업소, 자동차 등에 쓰이며, 산업용으로 사용된다.
원유의
이용
유정에서
퍼 올리는 원유는 그대로 사용할 수가 없다.
원유는 증류탑에서 가열하여 끓는점의 차이를 이용하여 분류한 다음 아래 그림과 같이 다양한 용도로 사용된다.
분별물 |
끓는 범위 (℃) |
탄화수소의 탄소원자수 |
용도 |
석유가스 |
-160~ 40 |
1~4 |
액화가스, LPG , 플라스틱, 화학약품들 |
석유(가솔린) |
40~140 |
5~10 |
교통수단의 연료, 화학약품들 |
나프타 |
140 ~180 |
8~12 |
화학약품들, 플라스틱 |
케로신 |
180 ~ 250 |
10 ~ 16 |
제트기 연료, 화학 약품 |
경유 |
250 ~ 300 |
14 ~ 20 |
디젤 연료, 화학 약품 |
중유 |
300 ~ 350 |
20 ~ 30 |
배 연료, 중앙 난방 |
윤활유, 역청 |
350℃이상 |
25개 이상 |
윤활유, 왁스/도로, 지붕 재료 |
연소
물질이 산소와 반응하여 열과 빛을 내는 현상을 연소라고 하는데, 화석 연료가 공기 중의 산소와 반응하여 많은 열과 빛을 내는 반응뿐만 아니라 마그네슘이나 철가루가 공기 중의 산소와 급격히 반응하면서 열과 빛을 내는 반응도 연소라고 한다.
연소 생성물
물질이 연소되면 화학 변화에 의해 처음의 물질과는 다른 물질이 생기는데, 이것을 연소생성물이라고 한다.
석탄, 석유 및 천연 가스 등의 화석 연료는 그 주성분이
탄소와 수소로 되어 있어 이들이 충분한 산소 속에서 연소하면 연소 생성물로
이산화탄소와 물이 생긴다.
▶ CH4 + 2O2
→ CO2 + H2O
메탄 + 산소→ 이산화탄소
+ 물 + 열, 빛
▶ 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3
철 + 산소 → 산화철(|||)
+ 열, 빛
완전 연소와 불완전 연소
물질이 연소할 때 산소의 공급이 충분하여 그을음이 나지 않고 타는 연소를 말한다. 예를 들어 실험실에서 많이 사용되는 연료인 메탄올이 연소할 때에는 그을음이 나지 않는다. 이것은 메탄올 속의 탄소와 수소 성분이 공기 중의 산소로도 충분히 연소되어 이산화탄소와 물로 변하기 때문이다.
▶ 2CH3OH + 3O2 → 2CO2 + 4H2O
물질이 연소할 때 산소의 공급이 충분하지 못하여 그을음이
나면서 타는 연소를 말한다. 예를 들어 석유를 연소시키면 그을음이 많이
난다. 이것은 석유의 성분 중에 포함된 탄소가 너무 많아 공기 중의 산소로는
탄소를 모두 연소시킬 수 없기 때문이다. 따라서 탄소 성분 중의 일부는
그대로 날아가면서 그을음이 되거나 일산화탄소로 되어 날아가게 된다.
물질이
연소하려면 다음의 세 가지 조건이 필요하다.
▶ 발화점 : 불이 붙기 위해 필요한 최저의 온도를 말한다. 끓는점이 높은 물질일수록 발화점도 높다. 끓는점이 낮다는 것은 물질을 이루는 분자들이 증기로 날아가기 쉬운 것을 의미하므로 여기에 불을 가져가면 쉽게 불이 붙는 것이다.
소화
연소의 세 가지 조건 중에서 어느 한 가지라도 빠지면 불이 나지 않고, 또 타는 불도 꺼진다. 불을 끄는 방법은 타고 있는 물질이 무엇인가에 따라 달라질 수 있다. 아래표는 물질의 종류에 따른 소화 방법을 나타낸 것이다.
물질 |
소화 방법 |
|---|---|
나무, 종이, 옷, 플라스틱 |
물을 뿌려 온도를 낮춘다. |
가연성 액체, 천연 가스 |
이산화탄소 소화기 또는 분말 소화기를 사용한다. |
전기 기구, 전선 |
전기 코드를 뽑거나 두꺼비집을 내린 후 이산화탄소 소화기를 사용하며, 물을 뿌려서는 안된다. |
금속 |
공기보다 무겁고 불이 붙지 않는 액체 |
반응성과 산화·환원
반응성이 큰 금속 : 전자를 잃고 산화되기 쉽다.(Zn→ Zn2+＋2e-)
반응성이 작은 금속 : 전자를 얻어 환원되기 쉽다.(Cu2+＋2e- →Cu)
산화 : 금속이 산소와 결합하거나 전자를 잃는 반응
▶ 2Mg + O2 → 2MgO (산소와의 화합)
▶ Zn → Zn+2 + 2e-
(전자를 잃는 반응)
환원 : 어떤 물질에서 산소가 떨어지거나 전자를 얻는 반응
▶ Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 (산소가 떨어짐)
▶ Cu2+ + 2e- → Cu (전자를 얻는 반응)
금속 반응 서열 : 왼쪽으로 갈수록 산화가 잘 된다.
K＞Ca＞Na＞Mg＞Al＞Zn＞Fe＞Ni＞Sn＞Pb＞(H)＞Cu＞Hg＞Ag＞Pt＞Au
철이 녹스는 조건
공기(산소)와 물이 동시에 필요
물에 녹아 있는 산소가 전자를 받는 환원 반응이 촉진, 전자를 제공하는 철이 산화되어 녹 (Fe2O3·3H2O)이 생긴다.
철이 녹스는 조건
금속이 공기와 물에 직접 접촉되지 않도록 함 : 페인트칠, 바세린칠, 도금, 법랑
금속(철)보다 반응성이 큰 금속을 철 구조물에 연결하여 대리 부식시킴 : 주유소 유류 탱크에 마그네슘 덩어리 연결, 커다란 배의 뒷부분 선체에 아연 막대 부착.
합금 : 스테인레스 강, 놋쇠, 청동 등.
금속의 반응성과 실생활에서의 이용
음극화 보호 : 철의 녹을 방지하기 위하여 철보다 반응성이 큰 금속을 철 구조물에 연결하는 방법을 음극화 보호라고 한다.
철로 만들어진 가스관이나 주유소의 기름 탱크, 수도관 등에 마그네슘을 전선으로 연결하면 마그네슘이 먼저 반응을 일으키므로 철이 보호된다.
반응성이 약한 금속 입히기 : 철을 보호하기 위하여
철보다 반응성이 작은 주석을 철에 입히는 방법으로, 통조림 캔이 여기에 해당한다.
그러나
주석의 일부가 손상되면 철의 부식이 가속화될 수 있다.