26년 1회차

아이오딘값은 유지의 불포화도를 나타내는 지표이다.

유지 100 g에 첨가되는 아이오딘의 g 수로 나타내며, 탄소-탄소 이중결합이 많을수록 아이오딘이 많이 첨가되어 값이 커진다. 그래서 건성유일수록 아이오딘값이 높다.

• 산도: 유리 지방산의 양을 뜻하며 산값으로 나타낸다.
• 분자량: 평균 분자량은 비누화값으로 가늠한다.
• 불순물의 양: 이중결합에 대한 아이오딘 첨가량과 무관하다.

아마는 목재 성분이 아니라 섬유를 얻는 식물(인피섬유)이다.

목재는 셀룰로오스·헤미셀룰로오스·리그닌의 세 성분이 주를 이룬다.

• 셀룰로오스: 포도당이 β-1,4 결합한 직쇄 다당류로 목재 골격의 주성분이다.
• 헤미셀룰로오스: 여러 종류의 당으로 된 가지 달린 다당류로 셀룰로오스 사이를 메운다.
• 리그닌: 페닐프로페인 단위로 된 방향족 고분자로 세포벽을 단단하게 굳힌다.

카보닐기(C=O)가 없는 고분자는 폴리비닐알코올이다.

폴리비닐알코올의 반복단위는 $\mathrm{-CH_2-CH(OH)-}$로 곁사슬에 하이드록시기만 있다. 폴리아세트산비닐을 가수분해(비누화)해 아세톡시기를 하이드록시기로 바꿔 만든다.

• 폴리우레탄: 우레탄 결합 $\mathrm{-NH-CO-O-}$에 카보닐기가 있다.
• 폴리아세트산비닐: 곁사슬 아세톡시기 $\mathrm{-O-CO-CH_3}$의 에스터 카보닐기가 있다.
• 폴리에틸렌테레프탈레이트: 주사슬의 에스터 결합에 카보닐기가 있다.

반응열 제거가 가장 어려운 것은 괴상중합이다.

괴상중합은 용매나 분산매 없이 단량체와 개시제만으로 중합하므로 열을 흡수·전달할 매체가 없다. 전환율이 오르면 점도가 급증해 열전달이 더 나빠지고 자동가속(겔 효과)으로 반응이 폭주할 위험이 있다.

• 용액중합: 용매가 열을 흡수하고 점도를 낮춰 열 제거가 쉽다.
• 현탁중합: 분산매인 물이 반응열을 흡수한다.
• 유화중합: 물 연속상이 열을 쉽게 제거해 온도 조절이 쉽다.

에틸렌의 첨가반응으로 얻을 수 없는 것은 염화비닐이다.

첨가반응은 이중결합에 원자가 더해져 포화 화합물이 되므로 생성물에 C=C 결합이 남지 않는다. 염화비닐은 에틸렌에 염소를 첨가해 얻은 1,2-다이클로로에테인을 열분해(탈염화수소)해야 만들어진다.

• 염화에틸: 에틸렌에 $\mathrm{HCl}$을 첨가해 얻는다.
• 에틸알코올: 에틸렌에 물을 첨가(수화)해 얻는다.
• 1,2-다이브로모에테인: 에틸렌에 $\mathrm{Br_2}$를 첨가해 얻는다.

녹는점이 낮은 순서는 카프릴산 → 라우르산 → 팔미트산 → 스테아르산이다.

포화 지방산은 탄소 사슬이 길수록 분자 간 분산력(반데르발스 힘)이 커져 녹는점이 높아진다. 탄소수는 카프릴산 8, 라우르산 12, 팔미트산 16, 스테아르산 18이다.

• 스테아르산을 팔미트산보다 앞에 둔 배열: 탄소수가 더 많은 스테아르산의 녹는점이 더 높으므로 틀리다.
• 팔미트산부터 시작하는 배열: 탄소수 순서와 맞지 않는다.
• 스테아르산부터 시작하는 배열: 녹는점이 높은 것부터 나열한 역순이다.

이 고분자의 분산도는 2.0이다.

분산도는 중량평균분자량을 수평균분자량으로 나눈 값이다.
$\mathrm{PDI}=\dfrac{\overline{M_w}}{\overline{M_n}}$

값을 대입하면
$\mathrm{PDI}=\dfrac{20000}{10000}=2.0$

항상 $\overline{M_w}\ge\overline{M_n}$이므로 분산도는 1 이상이며, 1이면 사슬 길이가 모두 같은 단분산이다.

• 0.5: 수평균을 중량평균으로 거꾸로 나눈 값으로, 분산도는 1보다 작을 수 없다.
• 1.0: 단분산일 때의 값이다.
• 1.5: 주어진 값으로는 나오지 않는다.

바르게 연결된 것은 메틸기 — 활성화, 오쏘·파라 지향이다.

메틸기는 유도효과와 초공액으로 고리에 전자를 주어 반응을 빠르게 하고, 오쏘·파라 위치 공격 때 생기는 카보양이온 중간체를 안정화한다.

• 할로젠기: 유도효과로 고리를 비활성화하지만 비공유 전자쌍의 공명 기여로 오쏘·파라 지향이다.
• 나이트로기: 강한 전자 끌기로 비활성화하며 메타 지향이다.
• 하이드록시기: 공명으로 전자를 주어 강하게 활성화하며 오쏘·파라 지향이다.

산소 접촉산화로 아세트산을 주생성물로 얻는 원료는 아세트알데하이드이다.

아세트알데하이드는 촉매 존재하에 산소로 산화되어 알데하이드기가 카복실기로 바뀐다.
$\mathrm{2CH_3CHO+O_2\rightarrow 2CH_3COOH}$

• 폼알데하이드: 산화하면 탄소 하나짜리 폼산이 된다.
• 메탄올: 산소 산화로는 폼알데하이드가 되며, 메탄올에서 아세트산을 얻으려면 일산화탄소와의 카보닐화(몬산토 공정)가 필요하다.
• 프로필렌: 산화하면 아크롤레인·아크릴산이 된다.

구조 이성질체는 4-ethyl-2-methyloctane과 4-ethyl-2,2-dimethylheptane이다.

4-isopropyloctane은 주사슬 탄소 8개에 아이소프로필 탄소 3개가 붙어 $\mathrm{C_{11}H_{24}}$이다. 구조 이성질체는 분자식이 같고 원자 연결 순서만 달라야 한다.

• isobutylcyclohexane: 탄소 6 + 4 = 10이고 고리가 있어 $\mathrm{C_{10}H_{20}}$이므로 이성질체가 아니다.
• 4-ethyl-2-methyloctane: 탄소 8 + 2 + 1 = 11인 알케인 $\mathrm{C_{11}H_{24}}$로 이성질체이다.
• 4-ethyl-2,2-dimethylheptane: 탄소 7 + 2 + 2 = 11인 알케인 $\mathrm{C_{11}H_{24}}$로 이성질체이다.
• 3-ethyl-2,4,5-trimethyloctane: 탄소 8 + 2 + 3 = 13인 $\mathrm{C_{13}H_{28}}$이므로 이성질체가 아니다.

콜타르 유분 중 상압 끓는점이 가장 낮은 것은 경유(light oil)이다.

콜타르를 증류하면 끓는점 순으로 경유 → 중유 → 안트라센유 등이 유출되고, 마지막 증류 잔류물이 피치이다. 경유에는 벤젠·톨루엔·자일렌 같은 저비점 방향족이 들어 있다.

• 중유: 페놀·나프탈렌 등을 포함하며 경유보다 끓는점이 높다.
• 안트라센유: 안트라센 등 다환 방향족을 포함한 고비점 유분이다.
• 피치: 증류 후 남는 잔류물로 가장 무겁다.

고옥탄가 가솔린을 생산하는 공정은 접촉 개질이다.

접촉 개질은 촉매로 나프타의 나프텐·파라핀을 탈수소·고리화·이성질화시켜 옥탄가가 높은 방향족 탄화수소와 가지 달린 탄화수소로 바꾼다.

• 몬산토 공정: 메탄올의 카보닐화로 아세트산을 만드는 공정이다.
• 스위트닝: 메르캅탄(싸이올)을 제거·전환해 악취와 부식성을 줄이는 공정으로 옥탄가 향상과 무관하다.
• 피셔-트롭쉬: 합성가스로 탄화수소를 합성하며, 주로 직쇄 탄화수소를 만들어 옥탄가가 낮다.

수용액의 pH가 가장 작은 것은 과린산석회이다.

과린산석회는 인광석을 황산으로 처리해 만들며, 주성분 인산이수소칼슘 $\mathrm{Ca(H_2PO_4)_2}$와 남아 있는 유리 인산 때문에 수용액이 강한 산성을 띤다.

• 황안(황산암모늄): 암모늄 이온의 가수분해로 약한 산성을 띤다.
• 염안(염화암모늄): 마찬가지로 암모늄 이온의 가수분해로 약한 산성이다.
• 석회질소: 칼슘사이안아마이드에 산화칼슘 등이 섞여 있어 알칼리성이다.

옳은 것은 ㄴ, ㄷ이다.

철은 물과 산소가 있으면 산화되어 녹이 슬며, 아연은 철보다 이온화 경향이 커서 먼저 산화되는 희생양극 역할을 한다.

• ㄱ(틀림): 산성 조건에서는 수소 이온이 전자를 받아 환원되므로 철의 부식이 오히려 빨라진다.
• ㄴ(옳음): 아연 도금은 피막으로 차단하고, 흠집이 나도 아연이 먼저 산화되어 철을 보호한다.
• ㄷ(옳음): 녹의 주성분은 수화된 산화철(III) $\mathrm{Fe_2O_3\cdot nH_2O}$이다.

옳은 것은 ㄱ, ㄷ이다.

p쪽에 (+), n쪽에 (−)를 거는 순방향 바이어스에서는 공핍층이 좁아져 전류가 흐르고, 반대로 걸면 공핍층이 넓어져 전류가 거의 흐르지 않는다.

• ㄱ(옳음): 순방향 바이어스이므로 전류가 흐른다.
• ㄴ(틀림): 역방향 바이어스에서 n쪽 전자는 (+) 전극 쪽, 즉 접합에서 멀어지는 방향으로 끌려가 p쪽으로 넘어가지 못한다.
• ㄷ(옳음): 교류 중 순방향이 되는 반주기에만 전류가 흐르는 정류 작용이다.

화학적 고정화 방법이 아닌 것은 격자포괄법이다.

격자포괄법은 효소를 고분자 겔의 그물 구조 안에 물리적으로 가두는 방법으로, 효소와 담체 사이에 결합을 만들지 않는다.

• 공유결합법: 효소의 작용기와 담체를 공유결합으로 연결한다.
• 이온결합법: 효소를 이온교환체 담체에 이온결합으로 붙인다.
• 가교형성법: 글루타르알데하이드 같은 다작용성 시약으로 효소끼리 공유결합 가교시킨다.

2차전지가 아닌 것은 리튬염화싸이오닐 전지이다.

리튬염화싸이오닐 전지는 리튬 금속 음극과 염화싸이오닐 $\mathrm{SOCl_2}$를 양극 활물질로 쓰는 1차전지로, 에너지 밀도가 높고 자가방전이 적지만 충전할 수 없다.

• 리튬인산철: 올리빈 구조 $\mathrm{LiFePO_4}$ 양극을 쓰는 리튬이온 2차전지이다.
• 리튬산화코발트: 층상 $\mathrm{LiCoO_2}$ 양극을 쓰는 리튬이온 2차전지이다.
• 니켈코발트망간: 삼원계 층상 산화물 양극을 쓰는 리튬이온 2차전지이다.

옳은 비교는 의자형 사이클로헥세인이 보트형보다 안정하다는 ㄱ 하나뿐이다.

의자형은 모든 C–H 결합이 엇갈림 배열이라 비틀림 변형과 각 변형이 거의 없다. 반면 보트형은 가림 배열과 뱃머리 수소 간 입체 반발(flagpole 상호작용)이 있어 에너지가 높다. 치환 사이클로헥세인에서는 치환기가 적도 방향에 있어야 1,3-이축방향 상호작용을 피해 더 안정하다.

• ㄴ: 플루오린이 축 방향에 놓인 형태를 적도 방향 형태보다 안정하다고 했으므로 반대로 비교한 것이다.
• ㄷ: 두 형태 모두 trans-1,4-다이메틸사이클로헥세인인데, 메틸 두 개가 모두 축 방향인 형태를 모두 적도 방향인 형태보다 안정하다고 했으므로 틀렸다.

그림의 스핀 배열은 준강자성(ferrimagnetic)이다.

그림에서 위쪽 스핀과 아래쪽 스핀이 교대로 반평행 배열하지만, 위쪽 화살표가 아래쪽보다 길어 자기 모멘트 크기가 서로 다르다. 따라서 서로 상쇄되지 않고 외부 자기장 없이도 알짜 자화가 남는데, 이것이 페라이트 등에서 나타나는 준강자성이다.

• 강자성: 모든 스핀이 같은 방향으로 평행 정렬하므로 그림의 반평행 배열과 다르다.
• 상자기성: 외부 자기장이 없으면 스핀 방향이 무질서하게 흩어져 있어 규칙적 배열이 나타나지 않는다.
• 반강자성: 반평행 배열이지만 두 스핀의 크기가 같아 완전히 상쇄되어 알짜 자화가 0이다.

설명하는 박막형성 공정은 원자층 증착(ALD)이다.

원자층 증착은 전구체와 반응 기체를 번갈아 공급하고 사이사이 퍼지하여, 표면에서 자기제한적 반응이 한 층씩 일어나게 한다. 그래서 두께를 원자층 단위로 제어하고 깊은 홈에도 균일하게 덮인다.

• 스퍼터링: 이온 충돌로 타깃 원자를 튀겨내 쌓는 물리적 증착으로 직진성 때문에 단차 피복성이 떨어진다.
• 진공기화: 원료를 가열·증발시켜 쌓는 물리적 증착으로 단차 피복성이 낮다.
• 분자빔 결정성장: 초고진공에서 분자빔을 기판에 쏘아 단결정층을 키우는 물리적 방식으로, 표면 반응 기반의 순차 공급과 다르다.