24년 1회차

열경화성 고분자는 에폭시 수지이다.

열경화성 수지는 경화 반응으로 3차원 그물(가교) 구조가 형성되어 다시 가열해도 녹지 않는다. 에폭시 수지는 경화제와 반응해 가교되므로 열경화성이다.

• 폴리스타이렌: 선형 사슬 구조로 가열하면 연화되는 열가소성 수지이다.
• 폴리에틸렌: 가열·냉각으로 반복 성형되는 대표적 열가소성 수지이다.
• 폴리염화비닐: 파이프·필름 등으로 압출 성형되는 열가소성 수지이다.

옥탄가 0의 기준 연료는 n-헵테인이다.

옥탄가는 노킹이 심한 n-헵테인을 0, 노킹이 적은 2,2,4-트라이메틸펜테인(아이소옥테인)을 100으로 두고, 두 표준 연료 혼합물과 노킹 정도를 비교해 정한다.

• 2,2,4-트라이메틸펜테인: 옥탄가 100의 기준 연료이다.
• n-옥테인: 직쇄 탄화수소로 노킹이 심하지만 표준 연료가 아니다.
• 2,2,4-트라이메틸헵테인: 옥탄가 측정의 표준 연료가 아니다.

산화반응은 아세트알데하이드가 산소와 반응해 아세트산이 되는 반응이다.

유기화합물에서 산화는 산소가 붙거나 수소를 잃는 변화이다. $\mathrm{CH_3CHO \rightarrow CH_3COOH}$는 알데하이드가 카복실산으로 산소를 얻는 반응이다.

• 나이트릴에 수소를 첨가해 아민을 만드는 반응은 수소화(환원)이다.
• 자일렌의 벤젠 고리에 수소를 첨가해 사이클로헥세인 고리로 만드는 반응은 수소화(환원)이다.
• 알코올이 수소와 반응해 탄화수소와 물이 되는 반응은 산소를 잃는 수소화분해(환원)이다.

탄소 함량이 90 %를 넘는 석탄은 무연탄이다.

석탄은 탄화가 진행될수록 탄소 함량이 높아지며, 탄화 정도는 아탄 < 갈탄 < 역청탄 < 무연탄 순이다. 무연탄은 탄화도가 가장 높아 탄소 함량이 가장 크다.

• 갈탄: 탄화도가 낮아 수분·휘발분이 많고 탄소 함량이 낮다.
• 역청탄: 갈탄과 무연탄의 중간 탄화도로 탄소 함량이 무연탄보다 낮다.
• 아탄: 탄화도가 가장 낮은 석탄으로 탄소 함량이 낮다.

Friedel-Crafts 알킬화 촉매만으로 묶인 것은 $\mathrm{AlCl_3}$와 $\mathrm{BF_3}$이다.

Friedel-Crafts 알킬화는 루이스 산이 할로젠화 알킬 등과 착물을 이루어 카보양이온(친전자체)을 만들고, 이것이 방향족 고리를 공격하는 반응이다. $\mathrm{AlCl_3}$와 $\mathrm{BF_3}$는 빈 오비탈을 가진 대표적 루이스 산이다.

• $\mathrm{AlCl_3}$와 KOH 조합: KOH는 염기이므로 촉매가 될 수 없다.
• $\mathrm{BF_3}$와 NaOH 조합: NaOH는 염기이므로 촉매가 될 수 없다.
• KOH와 NaOH 조합: 둘 다 강염기로 루이스 산 촉매 역할을 하지 못한다.

불포화 액상 유지에 수소를 첨가해 고상 유지로 만드는 공정은 경화이다.

니켈 촉매 하에서 지방산 사슬의 이중결합에 수소를 첨가하면 포화도가 높아져 녹는점이 올라가 고체 지방(경화유)이 된다. 마가린·쇼트닝 제조에 쓰인다.

• 유화: 서로 섞이지 않는 액체를 미세하게 분산시키는 과정이다.
• 탄화: 유기물을 가열해 탄소만 남기는 과정이다.
• 열화: 열·빛·산소 등으로 물성이 나빠지는 현상이다.

파이프·튜브·시트의 연속 제조에 적합한 방법은 압출 성형이다.

압출 성형은 용융 수지를 스크루로 밀어 일정한 단면의 다이를 통과시켜 길게 연속 생산하는 방법이다.

• 열 성형: 가열한 시트를 금형에 밀착시켜 컵·트레이 등을 만드는 방법이다.
• 사출 성형: 용융 수지를 금형에 주입해 개별 부품을 하나씩 만드는 회분식 방법이다.
• 압축 성형: 금형에 넣은 재료를 가열·가압하는 방법으로 주로 열경화성 수지 제품에 쓰인다.

사이클로헥산온을 LDA로 탈양성자화한 뒤 아이오도메테인으로 알킬화하면 카보닐 바로 옆 α-탄소에 메틸기가 붙은 2-메틸사이클로헥산온이 주생성물이다.

LDA는 부피가 크고 친핵성이 약한 강염기여서 −78 ℃에서 1당량을 쓰면 α-수소만 떼어 리튬 엔올레이트를 정량적으로 만든다.

엔올레이트의 친핵성 α-탄소가 $\mathrm{CH_3I}$의 메틸 탄소를 $\mathrm{S_N2}$로 공격해 C-알킬화가 일어나고 C=O가 다시 생긴다.

• 메톡시사이클로헥세인 구조(포화 고리에 메톡시기가 붙은 에터): 카보닐이 사라진 포화 에터로, 엔올레이트 산소가 알킬화되더라도 고리에 C=C가 남은 엔올 에터가 생길 뿐이므로 이 반응의 생성물이 될 수 없다.
• 3-메틸사이클로헥산온: 메틸기가 β-탄소에 있어 엔올레이트의 반응 위치(α-탄소)와 맞지 않는다.
• 4-메틸사이클로헥산온: 메틸기가 카보닐 맞은편 탄소에 있어 α-알킬화로는 생길 수 없다.

옳은 설명은 성장기에 세포의 성장 속도가 가장 빠르다는 것이다.

회분식 배양의 성장 곡선은 유도기 → 성장기(대수기) → 감속기 → 정지기 → 사멸기 순이다. 성장기에는 세포가 지수적으로 증식해 비성장 속도가 최대가 된다.

• 새 배지에 접종된 세포가 효소를 합성하며 적응하는 시기는 성장기가 아니라 유도기이다.
• 감속기에는 성장 속도가 줄어들 뿐 세포 농도는 계속 증가한다.
• 정지기는 성장기와 감속기 이후에 나타난다.

옳지 않은 설명은 산촉매 조건에서 반응 시 아마이드 화합물이 생성된다는 것이다.

비누화는 유지(트라이글리세라이드, 에스터)를 NaOH·KOH 같은 금속수산화물(염기)로 가수분해하는 반응으로, 지방산 금속염(비누)과 글리세린이 생성된다. 아마이드는 생성되지 않는다.

• 에스터인 유지를 비누화하면 글리세린이 얻어지므로 글리세린 제조에 이용된다.
• 금속수산화물이 반응물로 사용된다.
• 생성물은 지방산 금속염과 알코올(글리세린)이다.

경유 제조 공정 순서는 탈염공정 → 상압증류 → 스트리핑 → 수소화 정제이다.

원유는 먼저 염분을 제거해 장치 부식을 막고, 상압증류로 유분을 분리한다. 증류탑에서 뽑은 경유 유분은 스트리핑으로 가벼운 성분을 제거한 뒤, 수소화 정제로 황 등 불순물을 제거해 제품화한다.

• 상압증류 → 스트리핑 → 탈염 → 수소화 정제: 탈염이 증류보다 먼저 이루어져야 하므로 틀렸다.
• 상압증류 → 탈염 → 수소화 정제 → 스트리핑: 탈염이 증류보다 늦고, 스트리핑이 수소화 정제 뒤에 놓여 틀렸다.
• 탈염 → 수소화 정제 → 스트리핑 → 상압증류: 유분 분리(상압증류) 전에 정제할 수 없으므로 틀렸다.

탄화칼슘을 질소 분위기에서 가열해 만드는 비료는 석회질소이다.

탄화칼슘을 고온에서 질소와 반응시키면 칼슘사이안아마이드가 생성되며, 이것이 석회질소의 주성분이다.

$\mathrm{CaC_2 + N_2 \rightarrow CaCN_2 + C}$

• 요소: 암모니아와 이산화탄소를 반응시켜 만든다.
• 질안(질산암모늄): 암모니아와 질산을 중화해 만든다.
• 황안(황산암모늄): 암모니아와 황산을 반응시켜 만든다.

수평균중합도는 3/2이다.

단계중합에서 수평균중합도는 초기 단량체 수를 반응 후 전체 분자 수로 나눈 값이다.

$\bar{X}_n = \dfrac{N_0}{N}$
중합 전 단량체 $N_0 = 12$, 중합 후 분자 수는 이량체 4개와 단량체 4개로 $N = 8$
$\bar{X}_n = \dfrac{12}{8} = \dfrac{3}{2}$

단량체 단위 12개가 8개 분자에 나뉘어 있으므로 분자 하나당 평균 1.5개의 단량체 단위를 갖는다.

옳지 않은 설명은 효소 고정화에 의해 기질에 대한 효소 활성이 증가한다는 것이다.

고정화는 효소의 재사용·분리·안정성을 높이려는 것이며, 담체 결합으로 입체 구조가 변하거나 기질 확산이 제한되어 활성은 대개 감소한다.

• 등전점에서는 양전하와 음전하가 같아 알짜 전하가 0이다.
• 활성 부위와 입체 구조에 따라 기질 결합이 달라지므로 반응속도가 변할 수 있다.
• 고정화 방법에는 흡착, 공유결합, 포괄, 가교 등이 있다.

비료의 3요소를 모두 포함하지 않는 간접비료는 산화칼슘이다.

비료의 3요소는 질소·인산·칼륨이다. 산화칼슘(생석회)은 이들을 포함하지 않고 산성 토양을 중화해 토양 성질을 개선하는 간접비료이다.

• 퇴비: 유기물에서 유래해 질소·인산·칼륨을 함유한다.
• 황산칼륨: 칼륨을 공급하는 칼리질 비료이다.
• 인산칼슘: 인산을 공급하는 인산질 비료이다.

하버 공정의 주촉매 성분은 철이다.

하버-보슈 공정은 질소와 수소로 암모니아를 합성하며, 철 촉매에 산화알루미늄·산화칼륨 등을 조촉매로 첨가해 사용한다.

$\mathrm{N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3}$

• 알루미늄: 산화물 형태로 철 촉매의 소결을 막는 조촉매 역할이다.
• 칼슘: 주촉매 성분이 아니다.
• 마그네슘: 주촉매 성분이 아니다.

옳지 않은 설명은 음극으로 ITO, 양극으로 금속 박막을 쓴다는 것이다.

ITO는 투명하고 일함수가 커서 정공 주입에 유리하므로 양극(anode)으로 쓰이고, 일함수가 작은 금속 박막은 전자 주입용 음극(cathode)으로 쓰인다. 서술은 두 전극이 뒤바뀌었다.

• 전압을 걸면 전자와 정공이 주입·이동·재결합해 엑시톤이 빛을 방출한다.
• 전도성 공액 고분자는 발광 물질로 사용된다.
• 자체 발광이므로 시야각이 넓고 응답속도가 빠르다.

과망가니즈산칼륨과 반응해 카복실산을 만드는 것은 에탄올이다.

1차 알코올은 강한 산화제에 의해 알데하이드를 거쳐 카복실산까지 산화된다. 에탄올은 아세트산이 된다.

$\mathrm{CH_3CH_2OH \rightarrow CH_3CHO \rightarrow CH_3COOH}$

• 2-프로판올: 2차 알코올이므로 케톤(아세톤)까지만 산화된다.
• 1,1-디메틸에탄올: 3차 알코올로 하이드록시기가 붙은 탄소에 수소가 없어 쉽게 산화되지 않는다.
• 메틸에틸케톤: 케톤은 이미 산화된 상태로 일반 조건에서 더 산화되지 않는다.

옳지 않은 설명은 결정 성장이 초고순도 산소 분위기에서 진행된다는 것이다.

쵸크랄스키 공정은 용융 실리콘의 산화와 오염을 막기 위해 아르곤 같은 불활성 기체 분위기에서 진행한다.

• 단결정 씨앗을 용융액에 접촉시킨 뒤 회전시키며 서서히 끌어올려 단결정 잉곳을 만든다.
• 인상 속도와 용융액 온도는 잉곳 직경과 결함 등 품질을 좌우하는 공정변수이다.
• 전기적 특성 조절을 위해 붕소·인 등의 도판트를 원료와 함께 첨가한다.

옳은 설명은 양성 감광제는 수성현상액을, 음성 감광제는 유기용매 현상액을 사용한다는 것이다.

양성 감광제는 노광부가 분해되어 알칼리 수용액에 녹고, 음성 감광제는 노광부가 가교되어 남고 비노광부를 유기용매로 제거한다.

• 노광으로 분해되는 것은 양성, 고분자화(가교)되는 것은 음성 감광제이므로 서술이 뒤바뀌었다.
• 사진공정 순서는 도포 → 노광 → 현상 → 식각이므로 현상이 노광보다 먼저일 수 없다.
• 현상은 감광제의 일부만 제거하며, 산화 실리콘 막은 식각 공정에서 제거된다.