불건성유

[해설]

아이오딘값은 유지 100 g에 흡수되는 아이오딘의 g수로, 유지가 지닌 이중결합(불포화도)이 얼마나 많은지를 나타낸다. 값이 클수록 공기 중 산소와 결합해 굳는 성질이 강하고, 산화 과정에서 나오는 열이 쌓여 자연발화할 위험도 커진다.

야자유는 아이오딘값이 100 이하인 무리에 들어가므로 답은 불건성유다. 동식물유류는 제4류 위험물로 지정수량은 10,000 L이며, 자연발화가 걱정되는 쪽은 아이오딘값이 큰 건성유라는 점도 함께 묶어 두면 좋다.

35배

[해설]

취급하는 물질이 여럿일 때는 각각의 배수를 구해 더한다.

$\text{지정수량 배수} = \sum \dfrac{\text{취급수량}}{\text{지정수량}}$

휘발유는 제1석유류(비수용성)로 지정수량 200 L, 경유는 제2석유류(비수용성)로 지정수량 1,000 L다.

$\dfrac{5{,}000}{200} + \dfrac{10{,}000}{1{,}000} = 25 + 10 = 35$

따라서 지정수량의 35배를 취급하는 제조소다. 제조소는 지정수량 이상의 위험물을 취급하는 시설이므로 설치·변경 시 허가를 받아야 하며, 배수가 클수록 보유공지나 소화설비 등 요구되는 기준도 강해진다.

질산암모늄이 물에 녹으면서 주위의 열을 빼앗는 흡열반응이 일어나기 때문

[해설]

질산암모늄($\mathrm{NH_4NO_3}$)은 제1류 위험물 중 질산염류(지정수량 300 kg)에 속하는 무색·백색의 결정이다. 물에 매우 잘 녹는데, 녹는 과정에서 주변의 열을 흡수하므로 용액의 온도가 내려간다. 이런 반응을 흡열반응이라 한다.

문제에서 26 ℃였던 물이 16 ℃로 10 ℃나 낮아진 것이 바로 이 성질 때문이며, 두드려 쓰는 휴대용 냉각팩(아이스팩)에도 같은 원리가 쓰인다.

다만 녹을 때 열을 흡수한다고 해서 안전한 물질은 아니다. 가열하면 분해하면서 산소를 내놓아 다른 가연물의 연소를 크게 돕는다.

$2\mathrm{NH_4NO_3} \rightarrow 2\mathrm{N_2} + 4\mathrm{H_2O} + \mathrm{O_2}$

단독으로도 급격히 분해해 폭발할 수 있어 가연물·유기물과 함께 두지 않도록 하며, 소화는 다량의 물로 냉각하는 방식이 적합하다.

(1) $\mathrm{NH_4H_2PO_4} \rightarrow \mathrm{HPO_3} + \mathrm{NH_3} + \mathrm{H_2O}$

(2) $115 \div 115 = 1\ \mathrm{mol},\quad 1 \times 80 = 80\ \mathrm{g}$

(3) 80 g

[해설]

제1인산암모늄은 제3종 분말소화약제의 주성분으로, 열을 받으면 메타인산·암모니아·수증기로 분해된다.

$\mathrm{NH_4H_2PO_4} \rightarrow \mathrm{HPO_3} + \mathrm{NH_3} + \mathrm{H_2O}$

분자량을 먼저 구한다(H 1, N 14, O 16, P 31).

$\mathrm{NH_4H_2PO_4} = 14 + (1 \times 6) + 31 + (16 \times 4) = 115$

$\mathrm{HPO_3} = 1 + 31 + (16 \times 3) = 80$

반응식에서 두 물질의 몰비가 1 : 1이므로, 115 g은 곧 1 mol이고 여기서 메타인산도 1 mol이 생긴다.

$1\ \mathrm{mol} \times 80\ \mathrm{g/mol} = 80\ \mathrm{g}$

비례식으로 풀어도 $115 : 80 = 115 : x$에서 $x = 80$이므로 답은 80 g이다. 주어진 시료의 질량과 분자량이 우연히 115로 같아 값이 곧바로 떨어진 경우이며, 시료가 230 g이었다면 2 mol이 되어 160 g이 된다.

여기서 생긴 메타인산은 연소면에 들러붙어 산소를 차단하는 방진효과를 내기 때문에, 제3종 분말은 유류·전기 화재뿐 아니라 일반 화재(A급)에도 쓸 수 있다.

이황화탄소, 벤젠

[해설]

수용성인지 비수용성인지는 물에 얼마나 녹는가로 가른다. 보기의 다섯 물질을 살펴보면 다음과 같다.

따라서 비수용성인 것은 이황화탄소와 벤젠이다. 이황화탄소는 물에 녹지 않고 물보다 무거워(비중 약 1.26) 가연성 증기가 새어 나오지 않도록 아예 물속에 담가 저장한다는 점을 함께 기억해 두면 판단이 쉽다.

다만 지정수량을 수용성·비수용성으로 나누어 정해 둔 품명은 제1석유류~제4석유류뿐이다. 특수인화물과 알코올류는 지정수량에 그런 구분이 없어, 품명표의 구분란만 보고 벤젠 하나만 답으로 드는 자료도 있다. 물음이 물질의 성질을 묻는 것이므로 물에 녹지 않는 이황화탄소를 함께 쓰는 것이 타당하다.

(1) $\mathrm{C_6H_5NH_2}$

(2) $\mathrm{C_2H_4(OH)_2}$

(3) $\mathrm{C_6H_5NO_2}$

[해설]

시성식은 분자 안의 작용기를 드러나게 쓴 식이다. 세 물질 모두 제4류 위험물 중 제3석유류에 속한다.

· 아닐린: 벤젠고리에 아미노기($-\mathrm{NH_2}$)가 붙은 구조 → $\mathrm{C_6H_5NH_2}$. 비수용성이며 지정수량 2,000 L.

· 에틸렌글리콜: 탄소 2개에 하이드록시기($-\mathrm{OH}$)가 하나씩 붙은 2가 알코올 → $\mathrm{C_2H_4(OH)_2}$. $\mathrm{CH_2OHCH_2OH}$로 풀어 써도 같은 물질이다. 물에 잘 녹아 수용성으로 분류되며 지정수량 4,000 L, 부동액의 원료로 쓰인다.

· 나이트로벤젠: 벤젠고리에 나이트로기($-\mathrm{NO_2}$)가 하나 붙은 구조 → $\mathrm{C_6H_5NO_2}$. 비수용성이며 지정수량 2,000 L.

나이트로기가 붙었다고 해서 제5류 위험물(나이트로화합물)로 착각하기 쉬운데, 나이트로벤젠은 나이트로기가 하나뿐이라 자기반응성이 없어 제4류로 분류된다는 점을 구분해야 한다.

제2류 위험물, 제3류 위험물, 제4류 위험물, 제5류 위험물

[해설]

유별을 달리하는 위험물을 한 차량에 같이 실을 수 있는지는 위험물안전관리법령의 운반 기준에 정해진 혼재 기준으로 판단한다.

제6류(산화성 액체)와 짝이 될 수 있는 것은 제1류뿐이므로, 나머지 제2류·제3류·제4류·제5류는 제6류와 함께 실을 수 없다. "1과 6, 2와 5, 3과 4, 4와 5"처럼 짝을 지어 외우면 표를 그리지 않고도 답할 수 있다.

이 혼재 기준은 지정수량의 1/10 이하인 위험물에는 적용하지 않는다. 문제는 지정수량의 5배가 넘는 양을 다루므로 기준이 그대로 적용되는 경우다.

참고로 혼재 기준은 위험물을 차량으로 운반할 때 적재 방법에 관한 규정이다. 이동탱크저장소로 나르는 운송과 용어가 다르므로 구분해서 익혀 두어야 한다.

(1) $(500 \times 0.5) + (200 \times 0.1) = 270\ \mathrm{L}$

(2) 270 L 이상

[해설]

제조소의 옥외에 있는 액체 위험물 취급탱크 둘레에는 새어 나온 위험물을 가두기 위해 방유제를 설치한다. 방유제에 요구되는 용량은 둘러싸는 탱크가 몇 기인지에 따라 달라진다.

· 탱크가 1기일 때 → 그 탱크 용량의 50 % 이상
· 탱크가 2기 이상이고 방유제가 하나일 때 → 용량이 가장 큰 탱크의 50 %에, 나머지 탱크 용량을 모두 합한 값의 10 %를 더한 양 이상

문제는 두 번째 경우이므로 500 L 탱크가 최대 탱크, 200 L 탱크가 나머지 탱크가 된다.

$V = 500 \times 0.5 + 200 \times 0.1 = 250 + 20 = 270\ \mathrm{L}$

따라서 방유제 용량은 270 L 이상이어야 한다. 계산으로 나온 값이 하한이므로 답에는 "이상"을 붙여 쓰는 것이 정확하다.

단서에서 이황화탄소를 빼 둔 이유는, 이황화탄소를 취급하는 탱크는 물이 새지 않는 철근콘크리트 수조에 넣어 두도록 별도로 정하고 있어 방유제 용량 산정 대상에서 빠지기 때문이다.

(1) 증발연소

(2) 분해연소

(3) 표면연소

(4) 표면연소

[해설]

고체의 연소형태는 “무엇이 실제로 산소와 만나는가”로 갈린다.

증발연소 — 녹거나 승화해 생긴 증기가 탄다. 고체 자체는 타지 않는다. 나프탈렌, 황, 파라핀(양초), 왁스

분해연소 — 가열로 열분해되어 나온 가연성 가스가 불꽃을 내며 탄다. 석탄, 목재, 종이, 플라스틱

표면연소 — 고체 표면에서 산소와 직접 반응한다. 불꽃 없이 빨갛게 달아오른다. 코크스, 금속분, 목탄(숯)

자기연소(내부연소) — 분자 안에 산소를 지녀 공기가 없어도 탄다. 제5류 위험물(나이트로셀룰로스, TNT 등)

[보기]의 확산연소와 예혼합연소는 고체가 아니라 기체의 연소형태다. 확산연소는 가연성 가스가 공기 중으로 퍼져 나가며 타는 것(가스버너), 예혼합연소는 미리 공기와 섞인 가스가 타는 것(분젠버너)이라 이 문제의 답이 될 수 없다.

가르는 요령은 휘발분의 유무다. 나프탈렌은 상온에서도 승화하므로 증기가 타고, 석탄은 열분해로 낼 휘발분이 있어 분해연소다. 반면 석탄을 건류해 휘발분을 이미 날려 버린 코크스와, 애초에 휘발분이 없는 금속분은 표면에서 바로 탈 수밖에 없다.

$\mathrm{C_2H_6}$

[해설]

트라이에틸알루미늄은 알킬알루미늄에 속하는 제3류 위험물(지정수량 10 kg)로, 물과 격렬하게 반응해 수산화알루미늄과 에테인을 만든다.

$(\mathrm{C_2H_5})_3\mathrm{Al} + 3\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Al(OH)_3} + 3\mathrm{C_2H_6}$

여기서 나오는 가연성 가스가 에테인($\mathrm{C_2H_6}$)이다. 알루미늄에 붙어 있던 에틸기($\mathrm{C_2H_5}\text{-}$)가 물의 수소를 받아 그대로 에테인이 된다고 보면 외우기 쉽다.

반응열이 커서 발생한 에테인이 곧바로 발화할 수 있으므로 주수소화는 절대 금물이며, 용기에 질소 등 불활성기체를 채워(봉입) 공기·수분과 접촉하지 않게 저장한다. 소화에는 팽창질석이나 팽창진주암을 쓴다.

$4\mathrm{K} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{K_2O}$

[해설]

조건이 가리키는 물질은 칼륨(K)이다. 원자량 39, 비중 0.86으로 물보다 가볍고, 은백색 광택이 있으면서 칼로 잘릴 만큼 무른 경금속이라는 설명이 모두 칼륨의 특징이다. 융점은 약 63.7 ℃로 낮고, 불꽃 반응 색상은 보라색이다.

칼륨이 산소와 완전히 결합하면 산화칼륨($\mathrm{K_2O}$)이 만들어진다.

$4\mathrm{K} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{K_2O}$

계수는 좌·우변의 K가 4개, O가 2개로 맞도록 잡으면 된다.

칼륨은 제3류 위험물(자연발화성 물질 및 금수성 물질)로 지정수량은 10 kg이다. 물과 만나면 수소를 내며 발열해 폭발할 수 있으므로($2\mathrm{K} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow 2\mathrm{KOH} + \mathrm{H_2}$) 등유·경유 같은 석유류 속에 담가 공기와 수분을 차단한 채 보관한다.

① 150

② 70

③ 20

④ 30

⑤ 350

[해설]

물분무소화설비의 설치기준은 위험물안전관리법 시행규칙 별표 17 이 정하고 있다. 수치 다섯 개가 각각 무엇을 재는 값인지 붙잡아 두면 헷갈리지 않는다.

① 방사구역은 150 $\mathrm{m^2}$ 이상으로 한다. 표면적이 200 $\mathrm{m^2}$ 라도 전면을 다 잡을 필요는 없고 150 $\mathrm{m^2}$ 이상이면 된다.

② 다만 방호대상물의 표면적이 150 $\mathrm{m^2}$ 에 못 미치면 방사구역은 그 표면적만큼으로 한다. 표면적이 70 $\mathrm{m^2}$ 이므로 답은 70 이다.

③④ 수원의 양은 헤드가 가장 많이 붙은 방사구역을 기준으로, 표면적 1 $\mathrm{m^2}$ 마다 1분에 20 L 씩 30분 간 뿌릴 수 있는 양 이상으로 확보한다.

⑤ 분무헤드를 동시에 사용할 때 각 끝부분의 방사압력은 350 kPa 이상이어야 한다.

방사구역이 150 $\mathrm{m^2}$ 라면 필요한 수원량은 이렇게 나온다.

$150 \times 20 \times 30 = 90{,}000\ \mathrm{L} = 90\ \mathrm{m^3}$

옥내·옥외소화전설비의 수원 산정과 헷갈리기 쉬우니 “물분무는 면적 × 20 L/min·$\mathrm{m^2}$ × 30분”으로 묶어 외워 두는 것이 좋다.

(1) 과산화바륨

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

[해설]

(1) 네 물질의 유별을 확인하면 다음과 같다.

칼륨·나트륨·탄화칼슘은 모두 제3류(자연발화성 물질 및 금수성 물질)인 반면, 과산화바륨은 알칼리금속 외의 과산화물로서 제1류(산화성 고체)에 속한다. 따라서 유별이 다른 것은 과산화바륨이다.

(2) 탄화칼슘(카바이드)은 물과 만나면 수산화칼슘과 아세틸렌을 만든다.

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

생성되는 아세틸렌은 연소범위가 2.5 ~ 81 %로 대단히 넓어 조금만 새어 나와도 폭발 위험이 크다. 그래서 탄화칼슘은 물기를 피해 밀폐 용기에 저장하고, 필요하면 질소 등 불연성 가스를 채워 둔다.

(1) 톨루엔

(2) 200 L

[해설]

벤젠($\mathrm{C_6H_6}$)의 수소 하나가 메틸기로 치환되면 톨루엔($\mathrm{C_6H_5CH_3}$)이 된다.

톨루엔은 제4류 위험물 중 제1석유류(비수용성)로 지정수량은 200 L이고, 인화점은 약 4 ℃다. 물에는 녹지 않고 물보다 가벼우며, 알코올·에터 등 유기용제에는 잘 섞인다.

치환된 메틸기 수에 따라 품명이 어떻게 갈리는지 함께 정리해 두면 좋다.

(1) $\dfrac{600}{1{,}000} + \dfrac{200}{2{,}000} + \dfrac{300}{1{,}000} + \dfrac{400}{200} = 3$

(2) 3배

[해설]

여러 위험물을 한곳에 두었을 때의 규제 여부는 각각의 지정수량 배수를 구해 모두 더한 값으로 판단한다.

$\text{지정수량 배수의 합} = \sum \dfrac{\text{저장수량}}{\text{지정수량}}$

네 물질의 품명과 지정수량은 다음과 같다.

각각을 대입하면

$\dfrac{600}{1{,}000} + \dfrac{200}{2{,}000} + \dfrac{300}{1{,}000} + \dfrac{400}{200} = 0.6 + 0.1 + 0.3 + 2 = 3$

이므로 지정수량 배수의 총합은 3배이다. 배수의 합이 1 이상이면 위험물안전관리법의 규제를 받는 수량이 된다.

㉠ 제1석유류 / ㉣ 수용성

㉡ 제2석유류 / ㉤ 비수용성

㉢ 제3석유류 / ㉥ 수용성

[해설]

제4류 위험물의 지정수량은 품명별로 정해져 있고, 제1석유류부터 제4석유류까지는 수용성인지 비수용성인지에 따라 값이 다시 갈린다. 수용성 쪽 지정수량이 비수용성의 2배라는 규칙을 알면 표를 통째로 외우지 않아도 된다.

표에서 400 L는 제1석유류(수용성), 1,000 L는 제2석유류(비수용성), 4,000 L는 제3석유류(수용성)에 해당한다.

지정수량이 400 L인 품명에는 알코올류도 있지만, 알코올류는 수용성·비수용성을 나누어 지정수량을 정하지 않는다. 이 문제는 구분란까지 함께 채우도록 되어 있으므로 400 L 자리의 답은 제1석유류(수용성)가 된다.

(1) $H = \dfrac{48 - 1.9}{1.9} = 24.26$

(2) 24.26

[해설]

$\mathrm{C_2H_5OC_2H_5}$는 다이에틸에터로, 인화점 −45 ℃·발화점 180 ℃인 특수인화물(지정수량 50 L)이다.

위험도는 연소범위가 얼마나 넓게 퍼져 있는지를 하한값으로 나누어 나타낸 값이다.

$H = \dfrac{U - L}{L}$

여기서 $U$는 연소상한, $L$은 연소하한이다. 주어진 값을 대입하면

$H = \dfrac{48 - 1.9}{1.9} = \dfrac{46.1}{1.9} = 24.26$

이므로 위험도는 24.26이다. 하한이 낮고 상한이 높을수록 값이 커지며, 그만큼 폭발 위험이 큰 물질로 본다.

자료에 따라서는 다이에틸에터의 연소하한을 1.7 %로 싣기도 하는데, 그 값으로 계산하면 $(48 - 1.7) \div 1.7 = 27.24$가 된다. 이처럼 답이 달라질 수 있으므로 연소범위가 문제에 주어졌다면 반드시 주어진 값으로 계산해야 한다.

질소

아르곤

이산화탄소

[해설]

IG-541은 질소($\mathrm{N_2}$) 52 %, 아르곤($\mathrm{Ar}$) 40 %, 이산화탄소($\mathrm{CO_2}$) 8 %를 부피비로 섞은 혼합 기체다. 방호구역의 산소 농도를 연소가 유지되지 못하는 수준까지 떨어뜨리는 질식소화가 주된 작용이며, 자연계에 있는 기체만 쓰므로 오존층을 파괴하지 않고 잔여물도 남지 않는다.

이름의 숫자는 성분 비율에서 따온 것이라 함께 외워 두면 좋다.

10 kg

[해설]

제3류 위험물(자연발화성 물질 및 금수성 물질)의 지정수량은 품명별로 다음과 같이 정해져 있다.

나트륨은 첫 줄에 해당하므로 지정수량은 10 kg이다.

나트륨은 은백색의 무른 경금속으로 비중이 약 0.97이어서 물보다 가볍고, 물과 만나면 수소를 내며 발열한다.

$2\mathrm{Na} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow 2\mathrm{NaOH} + \mathrm{H_2}$

그래서 물과 닿지 않도록 등유·경유 같은 석유류 속에 넣어 보관하며, 화재 시에는 주수소화를 하지 않고 마른 모래나 팽창질석 등으로 덮어 끈다. 불꽃 반응 색상은 노란색이다.

비중 1.49 이상

[해설]

제6류 위험물(산화성 액체)은 품명마다 위험물로 인정되는 조건이 따로 정해져 있다. 조건에 못 미치면 같은 물질이라도 위험물로 보지 않는다.

따라서 질산은 비중 1.49 이상이어야 제6류 위험물에 해당한다. 묽은 질산은 이 기준에 미치지 못해 위험물로 다루지 않는다.

진한 질산은 빛을 받으면 분해해 적갈색의 이산화질소를 내므로 갈색 병에 넣어 어두운 곳에 저장한다.

$4\mathrm{HNO_3} \rightarrow 2\mathrm{H_2O} + 4\mathrm{NO_2} + \mathrm{O_2}$

또한 진한 질산은 철·니켈·알루미늄 표면에 치밀한 산화피막을 만들어 더 이상 반응하지 않게 하는 부동태를 형성한다.