(1) 한 변 0.3 m 이상, 다른 한 변 0.6 m 이상인 직사각형

(2) 바탕 백색, 문자 흑색

[해설]

제조소에는 위험물을 취급하는 시설임을 알리는 표지와, 방화에 필요한 사항을 적은 게시판을 보기 쉬운 곳에 설치한다. 두 가지 모두 크기 기준은 한 변 0.3 m 이상 · 다른 한 변 0.6 m 이상의 직사각형으로 같고, 색은 쓰임에 따라 갈린다.

크기 기준은 하한(이상)을 정한 것이므로, 이보다 큰 표지는 허용된다. 치수를 “0.3 m이고 0.6 m인”처럼 딱 떨어지는 값으로 외우면 규정을 잘못 이해하기 쉽다.

$2Na + 2C_2H_5OH \rightarrow 2C_2H_5ONa + H_2$

[해설]

나트륨은 제3류 위험물(자연발화성 및 금수성 물질, 지정수량 10 kg)로, 하이드록시기(-OH)를 가진 물질과 만나면 그 수소를 밀어내고 자리를 차지한다. 에틸알코올과 반응하면 나트륨에틸라이드(나트륨에톡사이드)와 수소가 생긴다.

$2Na + 2C_2H_5OH \rightarrow 2C_2H_5ONa + H_2$

나트륨의 주요 반응은 다음과 같다.

이산화탄소와의 반응에서는 수소가 나오지 않고 탄소가 유리된다. 일부 교재의 표가 이 칸을 “수소”로 적어 두었으나 반응식과 어긋나므로 주의한다. 나트륨에 이산화탄소소화기를 쓰면 안 되는 이유가 바로 이 반응이다.

나트륨은 물·알코올과 모두 반응하므로 등유·경유·유동파라핀 같은 석유류 속에 넣어 보관하고, 소화는 마른모래나 탄산수소염류 분말로 한다.

(1) 화기엄금

(2) 화기엄금, 충격주의

(3) 가연물접촉주의

[해설]

운반용기 외부에 표시하는 주의사항은 위험물안전관리법령의 운반기준에 유별로 정해져 있다.

제4류 위험물은 인화성 액체이므로 화기엄금 하나만 표시한다. 제5류 위험물은 분자 안에 산소를 품어 가열·충격·마찰만으로도 폭발할 수 있어 화기엄금 과 충격주의 를 함께 표시한다.

제6류 위험물은 그 자체가 타지는 않고 산소를 내어 다른 물질을 태우므로 가연물접촉주의 만 표시한다. 표기가 화기엄금이 아니라 ‘가연물 접촉주의’ 라는 점이 함정이다.

유별 전체를 정리하면 다음과 같다.

제1류 — 알칼리금속의 과산화물: 화기·충격주의, 물기엄금, 가연물접촉주의 / 그 밖의 것: 화기·충격주의, 가연물접촉주의

제2류 — 철분·금속분·마그네슘: 화기주의, 물기엄금 / 인화성 고체: 화기엄금 / 그 밖의 것: 화기주의

제3류 — 자연발화성 물질: 화기엄금, 공기접촉엄금 / 금수성 물질: 물기엄금

제4류: 화기엄금 · 제5류: 화기엄금, 충격주의 · 제6류: 가연물접촉주의

106.29 m 이상

[해설]

하이드록실아민등을 취급하는 제조소는 일반 제조소의 안전거리 대신, 취급량에 따라 계산한 거리 이상을 확보해야 한다.

$D = 51.1 \times \sqrt[3]{N}$

여기서 $D$는 안전거리(m), $N$은 취급하는 하이드록실아민등의 지정수량 배수이다.

① 지정수량 배수를 구한다. 하이드록실아민의 지정수량은 100 kg이므로

$N = \dfrac{900}{100} = 9$

② 공식에 대입한다.

$D = 51.1 \times \sqrt[3]{9} = 51.1 \times 2.0801 = \mathbf{106.29}\ \mathrm{m}$

취급량이 늘어도 세제곱근이 걸려 있어 거리는 완만하게 늘어난다. 이 밖에 하이드록실아민등을 취급하는 제조소는 담 또는 토제를 설치하고, 온도 및 농도의 상승에 의한 위험한 반응을 막는 조치를 해야 한다.

(1) 내화구조

(2) 불연재료

[해설]

판매취급소는 점포에서 위험물을 용기에 담은 채로 판매하기 위해 취급하는 장소로, 취급하는 양에 따라 두 종류로 나뉜다.

제2종은 취급량이 많은 만큼 기준이 강화되어, 취급소 용도로 쓰는 부분의 벽·기둥·바닥·보를 모두 내화구조로 하고, 다른 부분과의 격벽도 내화구조로 한다. 천장을 설치하는 경우에는 불연재료로 하며, 상층이 있으면 상층 바닥을 내화구조로 하고 위층으로 불이 번지지 않도록 조치하며, 상층이 없으면 지붕을 내화구조로 한다.

또한 창과 출입구에는 방화문을 설치하고, 위험물을 배합하는 실을 둘 경우에는 바닥 면적·바닥 구조·환기설비 등에 관한 별도의 기준을 따라야 한다.

(1) 특수인화물

(2) 제1석유류, 알코올류

[해설]

위험등급은 위험물의 위험성 정도에 따라 I·II·III으로 나눈 것으로, 운반용기의 최대 용적이나 수납률 등을 정할 때 기준이 된다. 제4류 위험물의 품명별 위험등급은 다음과 같다.

인화점이 낮을수록(즉 상온에서 증기를 쉽게 내놓을수록) 위험등급이 높다. 특수인화물은 발화점 100 ℃ 이하이거나 인화점 -20 ℃ 이하이면서 비점 40 ℃ 이하인 것으로, 제4류 중 유일하게 위험등급 I에 든다.

3.2 mm 이상

[해설]

이동저장탱크는 주행 중의 진동·충격과 사고 시 파손을 견뎌야 하므로, 탱크 본체를 두께 3.2 mm 이상의 강철판(또는 이와 같은 수준 이상의 기계적 성질을 가진 재료)으로 만들고, 압력탱크 외의 탱크는 70 kPa의 압력으로 10분간 수압시험을 하여 새거나 변형되지 않아야 한다.

부속 구조물의 두께 기준은 부위마다 다르다.

두께가 3.2 mm로 같다는 이유로 본체 기준과 안전칸막이 기준을 뒤섞어 외우면 안 된다. “4,000 L 이하마다”라는 조건이 붙는 것은 안전칸막이이고, 본체는 용량과 무관하게 3.2 mm 이상이다.

품명: 특수인화물

지정수량: 50 L

[해설]

특수인화물은 제4류 위험물 가운데 가장 위험한 품명으로, 1기압에서 발화점이 100 ℃ 이하인 것, 또는 인화점이 -20 ℃ 이하이면서 비점이 40 ℃ 이하인 것을 말한다. 이황화탄소와 다이에틸에터가 대표적이며, 지정수량은 50 L로 제4류 중 가장 작다(위험등급 I).

이황화탄소는 인화점 약 -30 ℃, 발화점 약 100 ℃, 비중 1.26으로 두 요건을 모두 만족한다. 물보다 무겁고 물에 녹지 않는 성질을 이용해 물속에 넣어 저장하며, 이때 물은 가연성 증기가 새어 나오는 것을 막는 역할을 한다.

320 L

[해설]

① 완전연소 반응식을 세운다.

$CS_2 + 3O_2 \rightarrow CO_2 + 2SO_2$

② 이황화탄소 1 mol당 산소 3 mol이 필요하고, 표준상태에서 기체 1 mol의 부피는 22.4 L이므로 이론산소량은

$V_{\mathrm{O_2}} = 3 \times 22.4 = 67.2\ \mathrm{L}$

③ 공기 중 산소가 부피비로 21 %이므로

$V_{\mathrm{air}} = \dfrac{67.2}{0.21} = \mathbf{320}\ \mathrm{L}$

이론공기량은 연소에 필요한 공기의 양이지 연소로 생기는 양이 아니다. 또한 표준상태 기준이므로 22.4 L/mol을 그대로 쓰며, 온도·압력이 달라지면 이상기체 상태방정식으로 보정해야 한다.

지정수량의 10배

[해설]

소요단위는 소화설비를 얼마나 갖춰야 하는지 가늠하기 위해 대상물의 규모를 하나의 단위로 환산한 것이다. 건축물은 연면적으로, 위험물은 지정수량의 배수로 따진다.

외벽이 내화구조가 아니면 기준 면적이 절반으로 줄어 같은 넓이라도 소요단위가 커진다. 옥외에 설치된 공작물은 외벽이 내화구조인 것으로 보고 수평투영면적을 연면적으로 삼는다.

(1) $Zn + 2H_2O \rightarrow Zn(OH)_2 + H_2$

(2) 수소($H_2$)

[해설]

아연분은 제2류 위험물(가연성 고체) 중 금속분에 해당하며, 지정수량은 500 kg이다. 금속분은 표면적이 넓어 산화되기 쉽고, 물이나 산과 만나면 금속이 산화되면서 수소 이온을 환원시켜 수소 기체를 내놓는다.

· 수분(물)과의 반응: $Zn + 2H_2O \rightarrow Zn(OH)_2 + H_2$

· 염산과의 반응: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$

두 반응 모두 발생 기체는 수소이므로, 아연분 화재에 물을 뿌리면 수소가 쌓여 폭발 위험이 커진다. 따라서 주수소화는 금하고 마른모래·팽창질석·팽창진주암 등으로 질식소화한다.

할로젠화합물소화기

[해설]

제6류 위험물(과염소산·과산화수소·질산)은 그 자체는 타지 않으나 산소를 내놓아 다른 물질의 연소를 돕는 산화성 액체다. 물이나 물을 주성분으로 하는 약제로 희석·냉각하는 것이 기본 소화 방법이다.

할로젠화합물은 연쇄반응을 끊는 부촉매 소화가 주된 원리인데, 제6류 위험물의 화재는 위험물 자신이 산소를 공급하는 형태라 부촉매 효과가 잘 듣지 않는다. 게다가 강한 산화제와 접촉하면 유독성 분해가스가 생길 수 있어 적응성이 없다.

㉠ $C_2H_4(OH)_2$

㉡ $CH_3COOCH_3$

㉢ $C_5H_5N$

[해설]

세 물질 모두 제4류 위험물(인화성 액체)이며, 품명과 지정수량은 다음과 같다.

에틸렌글리콜은 2가 알코올이므로 탄소 2개에 하이드록시기가 하나씩 붙은 구조다. 따라서 $CH_2OHCH_2OH$로 풀어 써도 같은 물질이며, 어느 쪽으로 답해도 원자 수는 $C_2H_6O_2$로 동일하다.

초산메틸은 아세트산과 메탄올의 에스터, 피리딘은 벤젠 고리의 탄소 하나가 질소로 바뀐 헤테로 고리 화합물이다.

(1) 아세틸렌($C_2H_2$)

(2) 22.4 L

[해설]

탄화칼슘(카바이드)은 제3류 위험물 중 칼슘 또는 알루미늄의 탄화물(지정수량 300 kg)로, 물과 만나면 수산화칼슘과 아세틸렌으로 분해된다.

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

계수를 보면 탄화칼슘 : 물 : 아세틸렌 = 1 : 2 : 1이다. 주어진 조건이 탄화칼슘 1 mol, 물 2 mol이므로 두 반응물이 남김없이 소모되어 아세틸렌 1 mol이 생긴다. 표준상태에서 기체 1 mol의 부피는 22.4 L이므로

$V = 1 \times 22.4 = \mathbf{22.4}\ \mathrm{L}$

아세틸렌은 연소범위가 약 2.5 ~ 81 vol%로 매우 넓어 폭발 위험이 크다. 그래서 탄화칼슘은 물기를 피해 밀폐 용기에 저장하고, 용기 안은 질소 등 불연성 가스로 채워 둔다.

$O_2$

[해설]

과산화나트륨($Na_2O_2$)은 제1류 위험물 중 무기과산화물(알칼리금속의 과산화물)로 지정수량은 50 kg이다. 분자 속의 과산화 결합($O_2^{2-}$)이 불안정해서 물이나 이산화탄소와 만나면 곧바로 분해되며 산소를 내놓는다.

· 물과의 반응: $2Na_2O_2 + 2H_2O \rightarrow 4NaOH + O_2$

· 이산화탄소와의 반응: $2Na_2O_2 + 2CO_2 \rightarrow 2Na_2CO_3 + O_2$

두 식의 생성물을 비교하면 수산화나트륨과 탄산나트륨은 서로 다르고, 겹치는 것은 산소($O_2$)뿐이다.

산소를 내놓는 성질 때문에 주수소화와 이산화탄소소화기 모두 부적당하며, 탄산수소염류 분말소화설비나 마른모래로 소화한다.

너비 15 m 이상, 길이 6 m 이상

[해설]

주유취급소에는 고정주유설비 주위에 자동차가 들어와 주유를 받고 빠져나갈 수 있는 공지를 두어야 하며, 이를 주유공지라 한다. 크기는 너비 15 m 이상, 길이 6 m 이상이다.

등유 등을 용기에 옮겨 담거나 이동저장탱크에 주입하기 위한 고정급유설비를 두는 경우에는 그 호스기기 주위에 필요한 공지(급유공지)를 따로 확보한다.

주유공지와 급유공지의 바닥은 주위 지면보다 높게 하고, 표면에 적당한 기울기를 두며 배수구 · 집유설비 · 유분리장치를 설치해 새어 나온 위험물이 공지 밖으로 흐르지 않도록 한다. 바닥은 콘크리트 등으로 포장한다.

㉠ 0.2

㉡ 0.5

㉢ 3

㉣ 80,000

[해설]

방유제는 옥외저장탱크에서 위험물이 새어 나왔을 때 이를 가두어 확산과 화재 확대를 막는 둑이다. 구조 기준은 다음과 같다.

높이에 상한(3 m 이하)을 둔 것은 둑이 지나치게 높으면 소화 활동과 대피가 어려워지기 때문이다. 방유제와 탱크 옆판 사이에도 탱크 높이에 따른 거리를 확보해야 한다.

(1) $\mathrm{2CH_3CHO + 5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 4H_2O}$

(2) $\mathrm{C_2H_5OC_2H_5 + 6O_2 \rightarrow 4CO_2 + 5H_2O}$

(3) $\mathrm{2CH_3COC_2H_5 + 11O_2 \rightarrow 8CO_2 + 8H_2O}$

(4) $\mathrm{CS_2 + 3O_2 \rightarrow CO_2 + 2SO_2}$

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

(6) $\mathrm{C_6H_5CH_3 + 9O_2 \rightarrow 7CO_2 + 4H_2O}$

(7) $\mathrm{2CH_3OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 4H_2O}$

[해설]

완전연소식은 원소가 갈 곳을 먼저 못 박고 계수를 맞추면 된다. 탄소는 $\mathrm{CO_2}$, 수소는 $\mathrm{H_2O}$, 황은 $\mathrm{SO_2}$ 로 간다. 필요한 산소 분자 수는 “우변의 산소 원자수 − 분자가 이미 가진 산소 원자수”를 2로 나눠 구하고, 분수가 나오면 식 전체에 2를 곱해 정수로 만든다.

(1) 아세트알데하이드 $\mathrm{CH_3CHO}$($\mathrm{C_2H_4O}$) — 2분자로 잡으면 탄소 4·수소 8이라 $\mathrm{4CO_2 + 4H_2O}$ 이고, 우변 산소 12개에서 자체 산소 2개를 빼면 $\mathrm{5O_2}$ 다.
$\mathrm{2CH_3CHO + 5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 4H_2O}$

(2) 다이에틸에터 $\mathrm{C_2H_5OC_2H_5}$($\mathrm{C_4H_{10}O}$) — 탄소 4·수소 10이므로 $\mathrm{4CO_2 + 5H_2O}$, 우변 산소 13개에서 자체 산소 1개를 빼면 $\mathrm{6O_2}$ 다.
$\mathrm{C_2H_5OC_2H_5 + 6O_2 \rightarrow 4CO_2 + 5H_2O}$

(3) 메틸에틸케톤 $\mathrm{CH_3COC_2H_5}$($\mathrm{C_4H_8O}$) — 탄소 4는 $\mathrm{4CO_2}$, 수소 8은 $\mathrm{4H_2O}$ 이고 우변 산소 12개에서 자체 산소 1개를 빼면 $(12 - 1) \div 2 = 5.5$ 분자라 전체를 2배 한다.
$\mathrm{2CH_3COC_2H_5 + 11O_2 \rightarrow 8CO_2 + 8H_2O}$

(4) 이황화탄소 $\mathrm{CS_2}$ — 수소가 없어 물이 생기지 않는다. 탄소는 $\mathrm{CO_2}$, 황 2개는 $\mathrm{2SO_2}$ 이므로 산소 원자는 $2 + 4 = 6$ 개, 곧 $\mathrm{3O_2}$ 다.
$\mathrm{CS_2 + 3O_2 \rightarrow CO_2 + 2SO_2}$

(5) 벤젠 $\mathrm{C_6H_6}$ — 탄소 6은 $\mathrm{6CO_2}$, 수소 6은 $\mathrm{3H_2O}$ 이고 산소가 $7.5$ 분자라 전체를 2배 한다.
$\mathrm{2C_6H_6 + 15O_2 \rightarrow 12CO_2 + 6H_2O}$

(6) 톨루엔 $\mathrm{C_6H_5CH_3}$($\mathrm{C_7H_8}$) — 탄소 7은 $\mathrm{7CO_2}$, 수소 8은 $\mathrm{4H_2O}$, 우변 산소가 $14 + 4 = 18$ 개이므로 $\mathrm{9O_2}$ 다.
$\mathrm{C_6H_5CH_3 + 9O_2 \rightarrow 7CO_2 + 4H_2O}$

(7) 메탄올 $\mathrm{CH_3OH}$ — 2분자로 잡으면 $\mathrm{2CO_2 + 4H_2O}$ 이고 우변 산소 8개에서 자체 산소 2개를 빼면 $\mathrm{3O_2}$ 다.
$\mathrm{2CH_3OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 4H_2O}$

일곱 가지 가운데 이황화탄소만 수소가 없어 물 대신 이산화황이 나온다는 점이 갈림길이다. 아세트알데하이드·다이에틸에터·이황화탄소는 특수인화물(지정수량 50 L), 메틸에틸케톤·벤젠·톨루엔은 제1석유류, 메탄올은 알코올류에 든다. 이황화탄소는 비중이 물보다 커 물속에 넣어 저장한다.

888.89 $\mathrm{m^3}$

[해설]

탄소의 완전연소 반응식은 $\mathrm{C + O_2 \rightarrow CO_2}$ 로, 탄소 1 kmol(12 kg)이 타는 데 산소 1 kmol 이 든다.

탄소 $100\ \mathrm{kg} = \dfrac{100}{12} \approx 8.33\ \mathrm{kmol}$

이론산소량 $= \dfrac{100}{12} \times 22.4 \approx 186.67\ \mathrm{m^3}$

공기 중 산소는 부피로 21 % 이므로

이론공기량 $= \dfrac{186.67}{0.21} = 888.89\ \mathrm{m^3}$

따라서 답은 888.89 $\mathrm{m^3}$ 이다. 질소 79 % 는 산소 21 % 의 나머지를 뜻할 뿐 계산에 직접 쓰이지는 않는다.

(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.