연소반응이 용이하게 일어나기 위한 조건으로 틀린 것은? 상세 페이지

정답: 2번 (가연물의 열전도율이 클 것 → 틀림)

연소는 가연물이 산소와 반응하여 빛과 열을 내는 급격한 산화반응이다. 예를 들어 탄소의 연소는 $\mathrm{C} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CO_2} + Q$ 처럼 발열반응($Q>0$)으로 진행된다. 어떤 물질이 연소반응이 용이하게(잘) 일어나려면 다음 조건을 갖추어야 한다.

· 산소와의 친화력이 클 것 (반응성이 큼)
· 표면적이 클 것 (산소와 접촉면적 확대)
· 활성화에너지가 작을 것 (반응 시작에 필요한 에너지가 적음)
· 열전도율(열전도도)이 작을 것 (발생한 열이 흩어지지 않고 축적됨)
· 발열량(연소열)이 클 것, 수분(함수율)이 적을 것

2번이 틀린 이유 — 열전도율은 작아야 한다.
열전도(푸리에 법칙)는 $q = -kA\dfrac{dT}{dx}$ 로 표현되며, 여기서 $k$가 열전도율이다. 열전도율 $k$가 크면 가연물에서 발생한 반응열이 주위로 빠르게 전도·확산되어 열이 한곳에 축적되지 못한다. 그러면 국부 온도가 발화점(착화온도)까지 상승하기 어려워 연소가 잘 일어나지 않는다. 반대로 열전도율이 작아야 열이 축적되어 온도가 올라가고 연소가 용이해진다. 목재·종이·섬유 등 열전도율이 낮은 물질이 잘 타고, 금속처럼 열전도율이 큰 물질은 잘 타지 않는 것이 그 예이다. 따라서 "열전도율이 클 것"은 잘못된 조건이다.

나머지 보기가 옳은 이유

1번 — 산소와 친화력이 클 것 (옳음): 연소는 산소와의 산화반응이므로 가연물이 산소와 결합하려는 성질(친화력)이 클수록 반응이 쉽게 진행된다.

3번 — 표면적이 클 것 (옳음): 산소와 접촉하는 면적이 넓을수록 반응이 활발해진다. 같은 나무라도 통나무보다 톱밥·대팻밥이 잘 타고, 금속도 분말(금속분)이 되면 표면적이 급증하여 폭발적으로 연소하는 것이 그 예이다.

4번 — 활성화에너지가 작을 것 (옳음): 반응속도는 아레니우스 식 $k = A\,e^{-E_a/RT}$ 로 표현된다. 활성화에너지 $E_a$가 작을수록 지수항 $e^{-E_a/RT}$ 값이 커져 반응속도상수 $k$가 증가한다. 즉 반응을 시작(착화)시키는 데 필요한 에너지 장벽이 낮아 적은 점화에너지로도 연소가 쉽게 일어난다.

정리: 잘 타는 조건은 「산소 친화력 大 · 표면적 大 · 활성화에너지 小 · 열전도율 小 · 발열량 大」이다. 2번은 열전도율을 "클 것"이라 하여 조건에 어긋나므로 틀린 것은 2번이다.