이산화탄소소화기를 사용하는 동안 방출구에서 생성될 수 있는 물질은? 상세 페이지

이산화탄소소화기는 고압으로 액화시킨 $\mathrm{CO_2}$를 강철 용기에 충전한 것으로, 상온 저장 압력은 약 $6\,\mathrm{MPa}$(약 $60\,\mathrm{kgf/cm^2}$)에 이른다.

레버를 열면 액화 $\mathrm{CO_2}$가 방출구(노즐)를 통해 대기압으로 급격히 팽창·방출된다. 이때 단열팽창에 따른 줄-톰슨 효과로 기화열을 빼앗기면서 온도가 급강하하고, 일부 $\mathrm{CO_2}$가 승화점인 $-78.5^{\circ}\mathrm{C}$ 부근까지 냉각되어 고체로 응고한다. $\mathrm{CO_2}$의 삼중점은 $5.1\,\mathrm{atm},\ -56.6^{\circ}\mathrm{C}$이므로, 대기압($1\,\mathrm{atm}$)에서는 액체를 거치지 않고 고체와 기체로만 존재한다. 따라서 방출구에서는 하얀 눈송이 모양의 고체 $\mathrm{CO_2}$, 즉 드라이아이스가 생성된다. 그러므로 정답은 3번이다.

[오답 풀이]
1) 포스겐 $\mathrm{COCl_2}$ : 사염화탄소($\mathrm{CCl_4}$) 소화기가 고온·수분과 반응할 때 생기는 독성 가스이다. 예: $\mathrm{2CCl_4 + O_2 \rightarrow 2COCl_2 + 2Cl_2}$, $\mathrm{CCl_4 + H_2O \rightarrow COCl_2 + 2HCl}$. 이산화탄소에는 염소(Cl)가 전혀 없으므로 포스겐이 생성될 수 없다.
2) 일산화탄소 $\mathrm{CO}$ : 탄소의 불완전연소 생성물이다. $\mathrm{CO_2}$는 탄소가 이미 완전히 산화된 최종 산화물이며, 방출 과정은 화학반응(환원)이 아닌 단순한 물리적 상변화일 뿐이므로 $\mathrm{CO}$로 환원되지 않는다.
4) 수소가스 $\mathrm{H_2}$ : $\mathrm{CO_2}$ 분자는 탄소와 산소로만 이루어져 있어 수소 원자를 포함하지 않는다. 수소 공급원 자체가 없으므로 발생할 수 없다.

참고로 본 문항은 위험물안전관리법령상의 수치 규정이 아니라 $\mathrm{CO_2}$의 상변화(단열팽창·승화)라는 물리·화학적 원리로 판정되는 문제이다.