$NH_4H_2PO_4$

[해설]

제3종 분말소화약제의 주성분은 제일인산암모늄(인산암모늄)으로 화학식은 $NH_4H_2PO_4$이며, 착색은 담홍색이다.

제3종만 A급 화재에도 쓸 수 있어 흔히 ABC 분말소화기라고 부른다. 열을 받으면 다음과 같이 분해되는데, 이때 생기는 메타인산($HPO_3$)이 타고 있는 고체 표면에 유리질 막을 만들어 산소를 차단하는 방진작용을 하기 때문이다.

$NH_4H_2PO_4 \rightarrow HPO_3 + NH_3 + H_2O$

여기에 분해로 생긴 암모니아와 수증기가 산소를 밀어내는 질식효과, 분해열을 빼앗는 냉각효과, 그리고 분말 자체의 부촉매효과가 더해진다.

546.05 L

[해설]

방출된 이산화탄소를 이상기체로 보면 이상기체 상태방정식을 쓸 수 있다. 몰수 $n$을 질량 $w$와 분자량 $M$으로 바꾸어 부피에 대해 정리한다.

$PV = nRT = \dfrac{w}{M}RT \quad \Rightarrow \quad V = \dfrac{wRT}{PM}$

주어진 값을 정리하면 $w = 1\,\mathrm{kg} = 1{,}000\,\mathrm{g}$, $P = 1\,\mathrm{atm}$, $T = 273 + 20 = 293\,\mathrm{K}$이고, 이산화탄소의 분자량은 $M = 12 + 16 \times 2 = 44\,\mathrm{g/mol}$이다.

$V = \dfrac{1{,}000 \times 0.082 \times 293}{1 \times 44} = 546.05\,\mathrm{L}$

따라서 방출된 이산화탄소의 부피는 546.05 L이다.

이 문제는 기체상수를 몇 자리로 쓰느냐에 따라 끝자리가 달라진다. $R = 0.08205$를 쓰면 546.38 L가 나오는데, 조건도 풀이도 같고 반올림 자릿수만 다른 것이므로 어느 쪽도 틀린 값이 아니다. 여기서는 혼선을 없애려고 발문에 $R = 0.082$를 명시했다.

참고로 표준상태(0 ℃, 1기압)라면 $V = \dfrac{1{,}000}{44} \times 22.4 = 509.09\,\mathrm{L}$가 된다. 온도 조건을 놓치고 22.4 L/mol을 그대로 곱하지 않도록 주의한다.

아세트알데하이드 → 아세톤 → 에탄올 → 아세트산 → 나이트로벤젠

[해설]

제4류 위험물은 인화점에 따라 품명이 나뉘므로, 품명만 알면 인화점의 대소는 저절로 정해진다. 특수인화물 → 제1석유류 → 알코올류 → 제2석유류 → 제3석유류 순으로 인화점이 높아진다.

· 아세트알데하이드 — 특수인화물, 약 −38 ℃ (지정수량 50 L)

· 아세톤 — 제1석유류(수용성), 약 −18 ℃ (400 L)

· 에탄올 — 알코올류, 약 13 ℃ (400 L)

· 아세트산 — 제2석유류(수용성), 약 40 ℃ (2,000 L)

· 나이트로벤젠 — 제3석유류(비수용성), 약 88 ℃ (2,000 L)

품명의 정의를 되짚으면 제1석유류는 인화점 21 ℃ 미만, 제2석유류는 21 ℃ 이상 70 ℃ 미만, 제3석유류는 70 ℃ 이상 200 ℃ 미만이고, 알코올류는 탄소 수 1 ~ 3개인 포화 1가 알코올이라 제1석유류와 제2석유류 사이에 놓인다. 개별 수치를 다 외우지 못해도 각 물질이 어느 품명인지만 알면 순서를 세울 수 있다.

인화점이 낮을수록 상온에서 가연성 증기를 쉽게 내놓아 위험하다는 점이 이 유형이 묻는 핵심이다. ‘높은 것부터’로 물으면 순서를 뒤집어 적으면 된다.

(1) 아세트산에틸 $CH_3COOC_2H_5$ — 카보닐 탄소에 $CH_3$가 붙고, 그 탄소에 이중결합 산소와 $-O-CH_2-CH_3$가 이어진 구조

(2) 에틸렌글리콜 $C_2H_4(OH)_2$ — 탄소 2개가 단일결합으로 이어지고 각 탄소에 $OH$가 하나씩 붙은 구조($HO-CH_2-CH_2-OH$)

(3) 폼산 $HCOOH$ — 탄소 하나에 수소, 이중결합 산소, $OH$가 붙은 구조

[해설]

세 물질은 모두 제4류 위험물이지만 품명과 지정수량이 다르다.

아세트산에틸은 아세트산과 에탄올의 에스터로 과일향이 나는 무색 액체이고, 에틸렌글리콜은 2가 알코올이라 하이드록시기가 2개여서 부동액으로 쓰인다. 폼산은 카복실산 가운데 가장 간단한 것으로, 분자 안에 알데하이드기와 카복실기를 함께 가진 셈이라 환원성을 보이는 것이 특징이다.

· 반응식: $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2$

· 발생 기체: 수소

[해설]

나트륨은 제3류 위험물(자연발화성 및 금수성 물질) 중 지정수량 10 kg, 위험등급 I인 알칼리금속이다. 은백색의 무른 경금속으로 비중이 0.97이라 물에 뜨고 융점은 약 97.7 ℃로 낮다.

물과 만나면 격렬하게 반응해 수산화나트륨과 수소를 내며 많은 열을 낸다.

$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2$

이때 나오는 반응열이 수소의 발화점을 넘겨 폭발로 이어지므로 주수소화는 절대 금물이다. 나트륨 화재에는 마른 모래·팽창질석·팽창진주암이나 탄산수소염류 분말을 쓰고, 이산화탄소나 할론은 나트륨과 반응하므로 쓰지 않는다.

공기 중에서도 산화되어 $4Na + O_2 \rightarrow 2Na_2O$로 광택을 잃으므로, 등유·경유 같은 석유류 속에 담가 공기와 수분을 차단해 저장한다. 연소할 때는 노란색 불꽃을 내는 것도 나트륨의 특징이다.

250

[해설]

동식물유류는 제4류 위험물의 마지막 품명으로 지정수량은 10,000 L다. 인화점이 250 ℃ 미만이어야 위험물이 되며, 그 이상이면 위험물로 보지 않는다. 다만 용기에 넣어 밀봉해 저장하고 용기 겉면에 품명을 표시한 것은 제외된다.

동식물유류는 아이오딘값(유지 100 g에 붙는 아이오딘의 g수, 곧 불포화도의 척도)에 따라 다음과 같이 나뉜다.

아이오딘값이 클수록 이중결합이 많아 공기 중 산소와 잘 결합하므로, 헝겊이나 종이에 스민 건성유는 산화열이 쌓여 자연발화를 일으키기 쉽다.

(1) 탄화칼슘

(2) $CaC_2$

[해설]

탄화칼슘(카바이드)은 제3류 위험물 중 칼슘 또는 알루미늄의 탄화물에 해당하며 지정수량은 300 kg이다. 순수한 것은 무색투명하지만 시판품은 불순물 탓에 회흑색을 띤다.

물과 만나면 다음과 같이 분해되어 가연성 가스인 아세틸렌을 낸다.

$CaC_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + C_2H_2$

아세틸렌은 연소범위가 2.5~81 %로 매우 넓어 소량만 새어 나와도 폭발 위험이 크다. 그래서 탄화칼슘은 물기를 철저히 막고 밀폐용기에 담아 저장하며, 장기간 보관할 때는 용기 안에 질소 같은 불연성 가스를 채워 둔다.

한편 700 ℃ 안팎의 고온에서는 질소와 직접 반응하여 석회질소(칼슘시안아미드)와 탄소를 만든다. 이 반응은 비료 원료를 얻는 공업적 제법으로도 쓰인다.

$CaC_2 + N_2 \rightarrow CaCN_2 + C$

물과 반응해 가연성 가스를 내므로 화재 시 주수소화는 금물이며, 마른 모래나 탄산수소염류 분말로 질식소화한다.

(1) $\mathrm{2CH_3CHO + O_2 \rightarrow 2CH_3COOH}$

(2) $\mathrm{CH_3CHO + H_2 \rightarrow C_2H_5OH}$

[해설]

아세트알데하이드 $\mathrm{CH_3CHO}$는 산화되면 카복실산인 아세트산 $\mathrm{CH_3COOH}$가 되고, 환원되면 알코올인 에탄올 $\mathrm{C_2H_5OH}$가 된다. 알데하이드가 산화·환원 사슬의 가운데에 있다고 기억하면 방향을 헷갈리지 않는다.

· 산화 : $\mathrm{2CH_3CHO + O_2 \rightarrow 2CH_3COOH}$ (산소를 얻는 쪽, 계수 2를 빠뜨리지 않도록 균형을 맞춘다)

· 환원 : $\mathrm{CH_3CHO + H_2 \rightarrow C_2H_5OH}$ (수소를 얻는 쪽)

아세트알데하이드는 제4류 특수인화물로 지정수량 50 L, 인화점 -38 ℃, 비점 21 ℃라 상온에서도 쉽게 증기를 낸다. 저장·취급 설비에는 구리·마그네슘·은·수은이나 그 합금을 쓰지 못한다(폭발성 화합물이 생긴다). 산화되기 쉬워 은거울반응을 보이는 환원성 물질이다.

(1) 20배

(2) 5 m 이상

[해설]

휘발유는 제4류 위험물 중 제1석유류(비수용성)이므로 지정수량은 200 L다. 지정수량의 배수는 취급량을 지정수량으로 나누어 구한다.

$\text{지정수량의 배수} = \dfrac{4{,}000}{200} = 20\,\text{배}$

제조소의 보유공지는 취급하는 위험물의 지정수량 배수를 기준으로 두 구간으로 나뉜다.

20배는 10배를 넘으므로 보유공지는 5 m 이상이어야 한다. 보유공지는 소화활동 공간이자 연소 확대를 막는 완충지대이므로 물건을 쌓아 두면 안 되며, 방화상 유효한 격벽을 설치한 경우에는 예외가 인정된다.

가연물접촉주의

[해설]

운반용기 외부에는 위험물의 품명·위험등급·화학명(제4류 수용성인 것은 '수용성' 표기 포함), 위험물의 수량, 그리고 유별에 따른 주의사항을 표시한다. 제6류 위험물은 그 자체가 타는 물질이 아니라 산소를 공급해 다른 물질을 태우는 산화성 액체이므로, 가연물과 닿지 않게 하라는 뜻의 가연물접촉주의 한 가지만 표시한다.

제조소등에 세우는 게시판의 주의사항(물기엄금·화기주의·화기엄금)과 헷갈리기 쉬운데, 제6류는 게시판 표시가 필요 없다는 점까지 묶어서 정리해 두면 좋다.

35.71 mol

[해설]

먼저 벤젠의 완전연소반응식을 세운다. 계수를 정수로 맞추면 다음과 같다.

$2C_6H_6 + 15O_2 \rightarrow 12CO_2 + 6H_2O$

양변을 2로 나누면 벤젠 1 mol 기준이 되어 필요한 산소가 바로 읽힌다.

$C_6H_6 + 7.5O_2 \rightarrow 6CO_2 + 3H_2O$

즉 벤젠 1 mol에 산소 7.5 mol이 든다. 공기는 부피(몰) 기준으로 21 %만 산소이므로, 필요한 공기의 몰수는 산소 몰수를 0.21로 나누어 구한다.

$n_{air} = \dfrac{7.5}{0.21} = 35.71\,\mathrm{mol}$

따라서 필요한 공기는 35.71 mol이다.

벤젠은 제4류 위험물 중 제1석유류(비수용성)로 지정수량 200 L, 인화점 -11 ℃, 발화점 약 498 ℃, 연소범위 1.4~7.1 %인 방향족 탄화수소다. 이론공기량을 구할 때는 '이론산소량 ÷ 0.21'이 기본 골격이며, 질량 기준으로 물으면 0.21 대신 산소의 질량분율 0.232를 쓴다는 점도 함께 알아 두자.

$N_2H_4 + 2H_2O_2 \rightarrow 4H_2O + N_2$

[해설]

하이드라진은 제4류 위험물 중 제2석유류(수용성)로 지정수량 2,000 L, 과산화수소는 제6류 위험물로 지정수량 300 kg(농도 36 wt% 이상인 것만 위험물)이다. 강한 환원제인 하이드라진과 강한 산화제인 과산화수소가 만나면 점화원 없이도 스스로 반응이 시작되어 순간적으로 다량의 수증기와 질소가스를 내며 폭발한다.

$N_2H_4 + 2H_2O_2 \rightarrow 4H_2O + N_2$

기체 부피가 급격히 늘고 반응열도 크기 때문에 두 물질은 로켓 추진제의 연료-산화제 조합으로 쓰인다. 반대로 저장·취급 현장에서는 같은 이유로 절대 함께 두어서는 안 되는 조합이다.

참고로 하이드라진은 공기 중에서 연소하면 $N_2H_4 + O_2 \rightarrow N_2 + 2H_2O$로 반응하고, 과산화수소는 $2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2$로 분해되어 산소를 내놓는다. 과산화수소의 분해를 늦추기 위해 인산·요산 등을 안정제로 넣고, 용기는 밀전하지 않고 구멍 뚫린 마개를 쓴다.

(1) $CF_2ClBr$

(2) $CF_3Br$

[해설]

할론 번호는 분자 안에 든 원소의 개수를 C - F - Cl - Br 순으로 늘어놓은 것이다. 끝자리 0은 생략할 수 있고, 수소는 번호에 나타나지 않으므로 남는 결합자리를 수소로 채워 읽으면 된다.

할론 소화약제는 연쇄반응을 끊는 부촉매(억제)소화가 주된 소화작용이며, 브로민의 개수가 많을수록 소화효과가 크다. 그중 할론 1301은 소화능력이 가장 뛰어나고 독성이 가장 낮아 전역방출방식 등에 널리 쓰였으나, 오존층파괴지수가 높아 지금은 사용이 규제된다.

$4HNO_3 \rightarrow 2H_2O + 4NO_2 + O_2$

[해설]

질산은 제6류 위험물(산화성 액체)로 지정수량은 300 kg이며, 비중이 1.49 이상인 것만 위험물로 다룬다.

질산은 빛이나 열을 받으면 아래와 같이 쪼개져 물·이산화질소·산소를 내놓는다. 열분해와 광분해가 같은 식으로 진행되므로, 발문이 '햇빛'을 말하든 '가열'을 말하든 반응식은 같다.

$4HNO_3 \rightarrow 2H_2O + 4NO_2 + O_2$

생성된 $NO_2$가 적갈색이라 오래 두거나 빛을 받은 질산은 황갈색으로 변하고, 그 자체가 유독한 자극성 기체다. 이런 분해를 막으려고 질산은 갈색 병에 담아 직사광선을 피해 서늘한 곳에 저장한다.

참고로 질산은 단백질과 만나면 노랗게 변하는 크산토프로테인 반응을 보이고, 진한 질산은 철·니켈·크로뮴·알루미늄 표면에 치밀한 산화피막(부동태)을 만들어 더 이상 부식시키지 않는다.

(1) 3개

(2) 600 L

(3) 3.2 mm

[해설]

간이탱크저장소는 위험물안전관리법 시행규칙 별표 9가 정하는 소규모 탱크저장소로, 다음 기준을 지켜야 한다.

① 하나의 간이탱크저장소에 두는 간이저장탱크는 3개 이하이며, 같은 품질의 위험물을 담는 탱크를 2개 이상 두어서는 안 된다.

② 탱크 하나의 용량은 600 L 이하로 한다.

③ 탱크는 두께 3.2 mm 이상의 강판으로 흠이 없게 만들고, 70 kPa의 압력으로 10분간 수압시험을 해서 새거나 변형되지 않아야 한다.

④ 탱크 외면에는 녹 방지 도장을 하고, 움직이거나 넘어지지 않도록 고정한다.

⑤ 밸브 없는 통기관은 지름 25 mm 이상, 선단 높이는 지상 1.5 m 이상으로 하고 선단을 수평면에 대해 아래로 45° 이상 굽혀 빗물이 들어가지 않게 하며, 가는 눈의 구리망으로 인화방지장치를 단다.

⑥ 전용실 안에 설치할 때에는 탱크와 전용실 벽 사이에 0.5 m 이상의 간격을 둔다.

용량 600 L는 지정수량과 무관하게 탱크 자체에 걸리는 상한이라는 점을 기억해 두자.

① 유기과산화물

② 질산에스터류

[해설]

위험등급은 위험물안전관리법 시행규칙의 운반기준에서 정하는 등급으로, 제5류 위험물에서는 유기과산화물과 질산에스터류만 위험등급 I이고 나머지 품명은 모두 위험등급 II다.

각 품명에 속하는 대표 물질은 다음과 같다.

· 유기과산화물 — 과산화벤조일(벤조일퍼옥사이드), 과산화메틸에틸케톤, 아세틸퍼옥사이드

· 질산에스터류 — 질산메틸, 질산에틸, 나이트로글리세린, 나이트로글리콜, 나이트로셀룰로스, 셀룰로이드

이름이 비슷한 나이트로화합물(트라이나이트로톨루엔·피크르산 등)은 위험등급 II이므로, 질산에스터류와 구분해서 기억해야 한다.

㉠ 6

㉡ 1,000

㉢ 내화구조

㉣ 60분+방화문·60분방화문

㉤ 30분방화문

[해설]

염소산나트륨은 제1류 위험물 중 염소산염류로 지정수량 50 kg, 위험등급 I에 해당한다. 옥내저장소 저장창고의 바닥면적 상한은 저장하는 위험물의 위험등급에 따라 갈리는데, 위험등급 I급에 해당하는 다음 위험물은 1,000 $\mathrm{m^2}$ 이하로 제한된다.

· 제1류 중 아염소산염류·염소산염류·과염소산염류·무기과산화물 등 지정수량 50 kg인 것

· 제3류 중 칼륨·나트륨·알킬알루미늄·알킬리튬 등 지정수량 10 kg인 것과 황린

· 제4류 중 특수인화물·제1석유류·알코올류

· 제5류 중 유기과산화물·질산에스터류 등 위험등급 I인 것

· 제6류 위험물 전부

그 밖의 위험물은 2,000 $\mathrm{m^2}$ 이하이고, 두 부류를 같은 창고 안에 구획하여 함께 저장할 때에는 전체를 1,500 $\mathrm{m^2}$ 이하로 한다.

저장창고는 지면에서 처마까지의 높이가 6 m 미만인 단층건물이어야 하고 바닥은 지면보다 높게 둔다. 벽·기둥·바닥은 내화구조, 보와 서까래는 불연재료로 하며, 지붕은 폭발압력이 위로 빠지도록 가벼운 불연재료로 덮고 천장은 만들지 않는다. 출입구에는 60분+방화문·60분방화문 또는 30분방화문을 달되, 연소의 우려가 있는 외벽에 두는 출입구는 수시로 열 수 있는 자동폐쇄식 60분+방화문 또는 60분방화문으로 해야 한다.

(1) 6 $\mathrm{m^2}$ 이상

(2) 15 $\mathrm{m^2}$ 이하

[해설]

판매취급소는 점포에서 위험물을 용기에 담은 채로 파는 시설이며, 필요하면 도료류 등을 섞는 배합실을 둘 수 있다. 배합실은 화기와 증기가 몰리는 곳이라 다음 기준이 붙는다.

① 바닥면적은 6 $\mathrm{m^2}$ 이상 15 $\mathrm{m^2}$ 이하로 할 것

② 내화구조 또는 불연재료로 된 벽으로 구획할 것

③ 바닥은 위험물이 스며들지 않는 재료를 쓰고 적당한 경사를 두어 집유설비를 설치할 것

④ 출입구에는 수시로 열 수 있는 자동폐쇄식 60분+방화문 또는 60분방화문을 설치할 것

⑤ 출입구 문턱은 바닥면으로부터 0.1 m 이상 높일 것

⑥ 안에 머무는 가연성 증기나 미분을 지붕 위로 뽑아내는 설비를 갖출 것

바닥면적을 위아래로 모두 묶어 놓은 것이 특징이다. 너무 좁으면 작업 중 사고가 나기 쉽고, 너무 넓으면 한 번에 다루는 위험물의 양이 늘어 화재 규모가 커지기 때문이다.

(1) 제1류 — 혼재 가능 제6류 / 혼재 불가 제2류·제3류·제4류·제5류

(2) 제2류 — 혼재 가능 제4류·제5류 / 혼재 불가 제1류·제3류·제6류

(3) 제3류 — 혼재 가능 제4류 / 혼재 불가 제1류·제2류·제5류·제6류

(4) 제4류 — 혼재 가능 제2류·제3류·제5류 / 혼재 불가 제1류·제6류

(5) 제5류 — 혼재 가능 제2류·제4류 / 혼재 불가 제1류·제3류·제6류

(6) 제6류 — 혼재 가능 제1류 / 혼재 불가 제2류·제3류·제4류·제5류

[해설]

한 차량에 여러 유별을 함께 실으면 사고가 났을 때 서로를 부추기므로, 위험물안전관리법 시행규칙의 운반에 관한 기준(별표 19)은 함께 실을 수 있는 짝을 못 박아 두었다.

표를 통째로 외우기보다 혼재할 수 있는 다섯 쌍만 기억하면 된다. 1과 6, 2와 4, 2와 5, 3과 4, 4와 5 — 이 다섯 쌍이 전부이고 나머지 조합은 모두 금지다.

산화성인 제1류와 제6류는 자기들끼리만 어울리고, 가연성인 제2류·제3류·제4류·제5류가 그 안에서 짝을 이룬다고 보면 자연스럽다. 그래서 제3류는 제4류와만, 제5류는 제2류·제4류와, 제6류는 제1류와만 함께 실을 수 있다.

‘혼재할 수 없는 유별’을 물으면 위 다섯 쌍에 들지 않는 나머지를 적으면 된다. 자기 유별은 답에 넣지 않는다.

이 기준은 지정수량의 $\dfrac{1}{10}$ 이하인 위험물에는 적용하지 않는다. 문제에서 ‘지정수량의 10배’, ‘지정수량의 $\dfrac{1}{5}$’ 같은 단서를 주는 것은 모두 이 예외에 걸리지 않는다는 뜻이다.

같은 법령의 저장·취급 기준(옥내저장소 등에서 유별을 달리하는 위험물을 1 m 간격을 두고 저장할 수 있는 경우)과는 조합이 다르므로 섞어 외우지 않도록 한다.

예를 들어 제1류 위험물과 같은 차량에 실을 수 없는 것은 제2류 위험물, 제3류 위험물, 제4류 위험물, 제5류 위험물이며, 제4류 위험물과 실을 수 있는 것은 제2류·제3류·제5류 위험물이다.