가연물접촉주의

[해설]

제6류 위험물은 그 자체가 타지는 않지만 산소를 내주어 남을 태우는 산화성 액체다. 그래서 불조심이 아니라 가연물과 닿지 않게 하라는 경고가 붙는다.

운반용기 외부에 표시하는 유별 주의사항은 다음과 같다.

(1) $\mathrm{HCOOCH_3}$

(2) $\mathrm{HCOOC_2H_5}$

(3) $\mathrm{CH_3COC_2H_5}$

(4) $\mathrm{C_6H_5CH_3}$

[해설]

시성식은 원자 수만 세는 분자식과 달리 작용기가 드러나도록 끊어 쓴 식이다. 분자식이 같아도 작용기가 다르면 성질이 달라지므로 위험물에서는 시성식으로 구분한다.

폼산메틸과 폼산에틸은 폼산($\mathrm{HCOOH}$)의 -OH 자리에 각각 메틸기와 에틸기가 들어간 에스터로, 알코올 쪽 사슬 길이만 다르다. 메틸에틸케톤은 카보닐기(C=O) 양옆에 메틸기와 에틸기가 하나씩 붙은 구조여서 이름이 그대로 구조를 알려 준다. 톨루엔은 벤젠 고리($\mathrm{C_6H_5-}$)에 메틸기가 하나 붙은 것이다.

네 물질 모두 제4류 위험물이며, 인화점이 21℃ 미만이어서 제1석유류에 속한다.

$\mathrm{NaH + H_2O \rightarrow NaOH + H_2}$

[해설]

수소화나트륨($\mathrm{NaH}$)은 제3류 위험물 중 금속의 수소화물(지정수량 300 kg)이다. 수소화물의 수소는 산화수가 -1인 하이드라이드 이온이어서, 물이 가진 +1의 수소와 만나면 서로 결합해 수소 기체가 된다.

$\mathrm{NaH + H_2O \rightarrow NaOH + H_2 \uparrow}$

남은 나트륨은 수산화나트륨($\mathrm{NaOH}$)이 되며, 반응은 발열을 동반해 발생한 수소에 그대로 불이 붙을 수 있다. 따라서 금수성 물질로서 주수소화는 금물이고, 마른모래·팽창질석·팽창진주암 또는 탄산수소염류 분말소화약제로 질식소화한다.

이 문항의 반응물은 수산화나트륨($\mathrm{NaOH}$)이 아니라 수소화나트륨($\mathrm{NaH}$)이다. 이름이 한 글자 차이여서 혼동하기 쉬우나, 물과 반응해 수소를 내놓는 쪽은 수소화물이고 수산화나트륨은 그 반응의 생성물이다.

(1) $\mathrm{CH_2ClBr}$

(2) $\mathrm{CF_2ClBr}$

(3) $\mathrm{CF_3Br}$

(4) $\mathrm{C_2F_4Br_2}$

[해설]

할론 번호는 앞자리부터 차례로 탄소(C) · 플루오린(F) · 염소(Cl) · 브로민(Br) 의 원자 수를 나타낸다. 맨 뒤의 0은 생략해 세 자리로 쓰기도 한다. 원자 수를 다 채우고도 탄소의 결합수(탄소 1개당 4)가 남으면 그 자리는 수소가 메운다.

할론 1011을 예로 들면 C 1개·F 0개·Cl 1개·Br 1개이고 탄소의 남은 결합이 $4 - 2 = 2$ 이므로 수소 2개가 붙어 $\mathrm{CH_2ClBr}$ 가 된다.

· 1011 — $\mathrm{CH_2ClBr}$ (분자량 129.4, 상온에서 액체)

· 1211 — $\mathrm{CF_2ClBr}$ (165.4, 기체)

· 1301 — $\mathrm{CF_3Br}$ (148.9, 기체)

· 2402 — $\mathrm{C_2F_4Br_2}$ (259.8, 액체)

할론 소화약제는 브로민 원자가 연소의 연쇄반응을 끊는 부촉매(억제) 효과로 불을 끈다. 소화 능력은 $1301 \gt 1211 \gt 2402 \gt 1011$ 순이고 독성은 반대로 1011이 가장 크다. 할론 1301은 독성이 적고 전기 절연성이 좋아 전역방출방식에 쓰였으나 오존층 파괴 물질이라 현재는 생산이 규제되고 있다.

$\mathrm{2Na_2O_2 + 2H_2O \rightarrow 4NaOH + O_2}$

[해설]

과산화나트륨은 제1류 위험물 중 무기과산화물(알칼리금속의 과산화물)로 지정수량은 50 kg이다. 물과 만나면 수산화나트륨이 되면서 산소를 내놓고 심하게 발열한다.

$\mathrm{2Na_2O_2 + 2H_2O \rightarrow 4NaOH + O_2}$

원자 수를 세어 보면 좌변은 Na 4개·O 6개·H 4개, 우변도 Na 4개·O 6개·H 4개로 균형이 맞는다.

발생한 산소가 주변 가연물을 더 잘 타게 만들고 반응열까지 더해지므로 알칼리금속의 과산화물에는 주수소화가 금물이며, 게시판도 ‘물기엄금’이다. 마른모래·팽창질석·팽창진주암이나 탄산수소염류 분말로 덮어 질식소화한다.

이산화탄소와도 반응해 산소를 내놓으므로 이산화탄소 소화약제 역시 쓸 수 없다.

$\mathrm{2Na_2O_2 + 2CO_2 \rightarrow 2Na_2CO_3 + O_2}$

(1) 0.5 m 이상

(2) 40배 이하

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 7(옥내탱크저장소의 위치·구조 및 설비의 기준)이 정한 수치다.

탱크와 전용실 벽 사이, 탱크 상호 간의 0.5 m 이상은 사람이 들어가 탱크 외면을 점검하고 보수할 수 있는 최소한의 작업 공간을 확보하려는 간격이다.

용량은 지정수량의 40배 이하로 제한된다. 다만 제4석유류와 동식물유류를 뺀 제4류 위험물에는 그 40배가 20,000 L를 넘더라도 20,000 L까지만 인정하는 단서가 따로 붙는데, 이는 제4류에만 걸리는 상한이므로 제6류를 묻는 이 문항에서는 40배 이하가 그대로 답이 된다.

(1) 탄산수소나트륨, $\mathrm{NaHCO_3}$

(2) 탄산수소칼륨, $\mathrm{KHCO_3}$

(3) 제1인산암모늄, $\mathrm{NH_4H_2PO_4}$

[해설]

분말소화약제는 주성분에 따라 네 종으로 나뉜다. 제1종과 제2종은 탄산수소염, 제3종은 인산염, 제4종은 탄산수소칼륨에 요소를 반응시킨 것이다.

· 제1종 — 탄산수소나트륨 $\mathrm{NaHCO_3}$, 백색, B·C급

· 제2종 — 탄산수소칼륨 $\mathrm{KHCO_3}$, 담회색, B·C급

· 제3종 — 제1인산암모늄 $\mathrm{NH_4H_2PO_4}$, 담홍색, A·B·C급

· 제4종 — 탄산수소칼륨 + 요소 $\mathrm{KHCO_3 + (NH_2)_2CO}$, 회색, B·C급

제3종만 A급(일반화재)에까지 듣는 것은 열분해로 생긴 메타인산 $\mathrm{HPO_3}$ 이 타고 있는 물질의 표면에 유리 같은 막을 씌워 산소를 끊어 주기 때문이다. 그래서 제3종을 ‘ABC 분말’이라 부르고 위험물 취급시설에 가장 널리 쓴다.

열분해식도 함께 익혀 둔다.

$\mathrm{2NaHCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O + CO_2}$
$\mathrm{2KHCO_3 \rightarrow K_2CO_3 + H_2O + CO_2}$
$\mathrm{NH_4H_2PO_4 \rightarrow HPO_3 + NH_3 + H_2O}$

제3종의 주성분은 화학식이 $\mathrm{NH_4H_2PO_4}$ 이므로 정확히는 제1인산암모늄이다. 그냥 ‘인산암모늄’이라고만 적어 둔 자료가 많은데, 인산암모늄에는 제2인산암모늄 $\mathrm{(NH_4)_2HPO_4}$ 등도 있어 화학식과 짝이 어긋날 수 있다.

① 25

② 1

[해설]

수평거리 25 m는 호스를 끌어 그 층 어느 지점에나 닿게 하려는 기준이고, 각 층 출입구 부근에 1개 이상을 두게 한 것은 피난 동선과 소화 동선을 겹쳐 대피하면서도 초기 소화가 가능하도록 한 조건이다.

옥내소화전설비와 옥외소화전설비의 주요 수치를 견주면 다음과 같다.

50 wt% 이상

[해설]

제2류 위험물의 '금속분'은 알칼리금속·알칼리토류금속·철·마그네슘을 뺀 금속의 분말을 말한다. 다만 구리분과 니켈분, 그리고 150 μm 체를 통과하는 것이 50 wt% 미만인 것은 금속분에서 제외한다.

뒤집어 말하면 알루미늄이나 아연처럼 금속분에 드는 금속은 150 μm 체 통과분이 50 wt% 이상이어야 위험물로 규제된다. 입자가 굵으면 단위 질량당 표면적이 작아 분진폭발이나 급격한 산화가 일어나기 어렵기 때문이다. 금속분의 지정수량은 500 kg이다.

입도로 위험물 여부를 가르는 품명은 기준이 서로 다르니 함께 정리해 둔다.

공기(산소)와 수분이 알킬알루미늄에 닿지 못하게 하여 자연발화와 폭발을 막기 위해

[해설]

알킬알루미늄은 제3류 위험물로 자연발화성과 금수성을 함께 가진다. 공기 중 산소와 닿으면 점화원 없이도 곧바로 타오르고, 물과 만나면 가연성 가스를 내며 격렬히 반응한다. 트라이에틸알루미늄을 예로 들면 물과 다음과 같이 반응해 에테인을 내놓는다.

$\mathrm{(C_2H_5)_3Al + 3H_2O \rightarrow Al(OH)_3 + 3C_2H_6}$

그래서 저장탱크의 액면 위 빈 공간을 질소 같은 불활성 기체로 채워 산소와 수분이 들어오지 못하게 막는다. 위험물안전관리법 시행규칙도 알킬알루미늄 등을 저장·취급하는 탱크에 불활성 기체 봉입장치를 갖추도록 정하고 있다.

같은 이유로 알킬알루미늄 화재에는 물·이산화탄소·할로젠화합물을 쓸 수 없고, 마른모래나 팽창질석·팽창진주암으로 덮어 질식소화한다.

특수인화물, 제1석유류, 제2석유류

[해설]

접지도선은 액체가 배관과 탱크 안을 흐르면서 쌓인 정전기를 땅으로 흘려보내, 방전 불꽃이 증기에 옮겨붙는 것을 막는 설비다. 따라서 상온에서도 인화성 증기를 쉽게 내놓는, 곧 인화점이 낮은 품명에만 요구된다.

제4류 위험물 가운데 접지도선 대상은 특수인화물·제1석유류·제2석유류이며, 각 품명의 인화점 구간은 다음과 같다.

인화점이 70℃를 넘는 제3석유류·제4석유류·동식물유류는 상온에서 연소범위에 드는 증기를 만들지 못하므로 접지도선 설치 대상에서 빠진다.

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

(2) 2.5~81 %

[해설]

탄화칼슘(카바이드)은 제3류 위험물 중 칼슘 또는 알루미늄의 탄화물(지정수량 300 kg)이다. 물과 만나면 수산화칼슘과 함께 아세틸렌($\mathrm{C_2H_2}$)을 내놓는다.

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

아세틸렌의 연소범위는 2.5~81 %로 대단히 넓어, 새어 나오기만 하면 거의 모든 농도에서 불이 붙는다. 위험도로 환산하면

$H = \dfrac{U - L}{L} = \dfrac{81 - 2.5}{2.5} = 31.4$

로 가연성 가스 가운데 가장 높은 축에 든다.

또한 아세틸렌은 구리·은·수은과 만나면 폭발성 아세틸라이드를 만들므로, 관련 설비에는 구리 함유량 70 % 이상의 합금을 쓰지 않는다.

① 이중관으로 할 것 — 다만 소공이 없는 상부는 단관으로 할 수 있다

② 재료는 금속관 또는 경질합성수지관으로 할 것

[해설]

지하저장탱크는 흙에 묻혀 있어 눈으로 누설을 확인할 수 없다. 그래서 탱크 주위 네 곳 이상에 누유검사관을 꽂아 두고, 관 안에 고인 액체로 누설 여부를 판정한다.

위험물안전관리법 시행규칙이 정한 누유검사관의 설치기준은 다음 네 가지다.

① 이중관으로 할 것. 다만 소공이 없는 상부는 단관으로 할 수 있다.

② 재료는 금속관 또는 경질합성수지관으로 할 것.

③ 관은 탱크전용실의 바닥 또는 탱크의 기초까지 닿게 할 것.

④ 관의 밑부분에서 탱크의 중심 높이까지의 부분에는 소공이 뚫려 있을 것. 다만 지하수위가 높은 장소에서는 지하수위 높이까지의 부분에 소공이 뚫려 있어야 한다.

이와 함께 관의 상부는 물이 스며들지 않는 구조로 하고, 뚜껑은 검사할 때 쉽게 열 수 있게 만든다.

소공을 관의 아래쪽에만 뚫는 것은, 새어 나온 위험물이 흙 속을 타고 내려와 관 밑에 모이도록 하여 소량의 누설도 잡아내기 위해서다. 문제는 2가지만 요구했으므로 앞의 두 가지를 적으면 되고, 나머지도 함께 외워 두면 좋다.

24.6 L

[해설]

① 연소반응식을 세워 몰 관계를 본다.

$\mathrm{S + O_2 \rightarrow SO_2}$

황과 이산화황의 계수가 1 : 1이므로 연소한 황의 몰수가 곧 생성된 이산화황의 몰수다.

② 황의 몰수를 구한다. 원자량이 32이므로

$n = \dfrac{32\ \mathrm{g}}{32\ \mathrm{g/mol}} = 1\ \mathrm{mol}$

따라서 생성되는 이산화황도 1 mol이다.

③ 이상기체 상태방정식 $PV = nRT$ 로 부피를 구한다. 절대온도는 $T = 273 + 27 = 300\ \mathrm{K}$ 이다.

$V = \dfrac{nRT}{P} = \dfrac{1 \times 0.082 \times 300}{1} = 24.6\ \mathrm{L}$

답은 24.6 L다. 기체상수를 0.08205 L·atm/(mol·K)로 더 촘촘히 잡으면 24.62 L가 나오는데, 차이는 상수의 유효숫자에서 올 뿐이므로 두 값 모두 정답으로 인정된다.

표준상태(0℃, 1 atm)가 아니라 27℃라는 점에 주의한다. 22.4 L를 그대로 쓰면 틀린다.

(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.

(1) 비점

(2) 40

[해설]

아세트알데하이드는 비점이 21℃에 불과해 여름철 기온만으로도 끓어오른다. 그래서 보냉장치가 있으면 비점 이하로 눌러 두어 액상을 유지시키고, 온도를 능동적으로 낮출 수 없는 보냉장치 없는 탱크는 40℃ 이하라는 상한만 두어 과열을 막는다.

이동저장탱크가 아닌 저장탱크에 저장할 때의 온도 기준은 다음과 같이 갈린다.

(1) 2.69

(2) $\mathrm{2C_6H_6 + 15O_2 \rightarrow 12CO_2 + 6H_2O}$

(3) 200 L

[해설]

(1) 벤젠($\mathrm{C_6H_6}$)의 분자량은 $(12 \times 6) + (1 \times 6) = 78$ 이다. 증기비중은 그 기체의 분자량을 공기의 평균 분자량 29로 나눈 값이므로

증기비중 $= \dfrac{78}{29} = 2.69$

즉 2.69다. 공기보다 2.69배 무거워 증기가 바닥에 깔리며, 낮은 곳을 따라 흘러가 멀리 떨어진 점화원에도 닿을 수 있다.

(2) 탄소는 $\mathrm{CO_2}$로, 수소는 $\mathrm{H_2O}$로 간다. 벤젠 1분자에서 $\mathrm{CO_2}$ 6개와 $\mathrm{H_2O}$ 3개가 나오므로 산소 원자는 15개, 곧 $\mathrm{O_2}$ 7.5분자가 필요하다. 계수를 정수로 맞추려고 전체에 2를 곱하면

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

(3) 벤젠은 인화점이 -11℃로 21℃ 미만이고 물에 녹지 않으므로 제4류 제1석유류(비수용성)이며, 지정수량은 200 L다.

주요 물성은 다음과 같다.

(1) 제1석유류 — 아세톤, 에틸벤젠

(2) 제2석유류 — 아세트산, 폼산, 클로로벤젠, 경유

(3) 제3석유류 — 글리세린, 나이트로벤젠, 나이트로톨루엔

[해설]

제4류 위험물의 석유류 구분은 1기압에서의 인화점으로 정해진다. 제1석유류는 인화점 21 ℃ 미만, 제2석유류는 21 ℃ 이상 70 ℃ 미만, 제3석유류는 70 ℃ 이상 200 ℃ 미만, 제4석유류는 200 ℃ 이상 250 ℃ 미만이다.

· 제1석유류 — 아세톤(인화점 -18 ℃, 수용성), 에틸벤젠(인화점 15 ℃, 비수용성)

· 제2석유류 — 클로로벤젠(27 ℃), 아세트산(40 ℃, 수용성), 폼산(55 ℃, 수용성), 경유(50 ~ 70 ℃)

· 제3석유류 — 나이트로벤젠(88 ℃), 나이트로톨루엔(106 ℃), 글리세린(160 ℃, 수용성)

폼산(개미산)과 아세트산(초산)은 이름이 비슷한 카복실산이고 둘 다 제2석유류다. 벤젠 고리에 나이트로기가 붙은 나이트로벤젠·나이트로톨루엔은 인화점이 크게 올라가 제3석유류로 가며, 글리세린도 인화점이 높은 수용성 제3석유류다. 클로로벤젠은 벤젠(제1석유류)과 달리 인화점이 21 ℃를 넘어 제2석유류인 점이 함정이다.

산소의 몰수: 3 mol

반응식: $\mathrm{C_2H_5OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O}$

[해설]

에틸알코올($\mathrm{C_2H_5OH}$) 1분자에는 탄소 2개와 수소 6개가 있으므로 완전연소하면 $\mathrm{CO_2}$ 2분자와 $\mathrm{H_2O}$ 3분자가 나온다. 생성물 쪽 산소 원자는 $(2 \times 2) + (3 \times 1) = 7$ 개인데, 이 가운데 1개는 에틸알코올이 이미 가지고 있던 하이드록시기(-OH)의 산소다.

따라서 바깥에서 넣어 주어야 할 산소 원자는 6개, 곧 산소 3 mol이다.

$\mathrm{C_2H_5OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O}$

분자 안에 이미 들어 있는 산소를 빼고 세는 것이 요령이다. 이를 놓치면 산소 3.5 mol처럼 잘못된 값이 나온다.

에틸알코올은 제4류 위험물 중 알코올류이며 지정수량은 400 L이다.

주의사항: 물기엄금

바탕색: 청색

문자색: 백색

[해설]

나트륨($\mathrm{Na}$)은 제3류 위험물 중 금수성 물질이다. 물과 만나면 수소를 내며 격렬히 발열해 발화하므로, 저장소에는 물기를 경계하라는 물기엄금 게시판을 단다.

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

주의사항 게시판은 한 변이 0.3 m 이상, 다른 한 변이 0.6 m 이상인 직사각형으로 하며, 색은 다음과 같이 정해져 있다.

주의사항 게시판과 달리, 저장소임을 알리는 '위험물 옥내저장소' 표지는 백색 바탕에 흑색 문자로 만든다. 둘을 바꿔 쓰지 않도록 주의한다.