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1. 위험물

가. 제1류 위험물

위험물
지정수량
유별
성질
품명
화학식
제1류
산화성고체
1. 아염소산염류
NaClO2
50 ㎏
2. 염소산염류
NaClO3
50 ㎏
3. 과염소산염류
KClO4
50 ㎏
NaClO2
4. 무기과산화물
K2O2
50 ㎏
Na2O2
MgO2
5. 브로민산염류
NH4BrO3
300 ㎏
6. 질산염류
KNO3
300 ㎏
NaNO3
NH4NO3
AgNO3
7. 아이오딘산염류
KIO3
300 ㎏
8. 과망가니즈산염류
KMnO4
1,000 ㎏
9. 다이크로뮴산염류
K2Cr2O7
1,000 ㎏
10. 그 밖에 행정안전부령으로 정하는 것
11. 제1호부터 제10호까지의 어느 하나에 해당하는
위험물을 하나 이상 함유한 것
50 ㎏, 300 ㎏
또는 1,000 ㎏
 

※ 암기법 : 무아과염 아브질, 과중과 : 5, 3, 천

▣ 그밖에 행정안전부령으로 정하는 것

위험등급
품명
지정수량
명칭
화학식
그외
차아염소산염류
50 ㎏
과아이오딘산
300 ㎏
과아이오딘산염류
300 ㎏
아질산염류
300 ㎏
크로뮴,납,요오드의 산화물
300 ㎏
삼산화크로뮴
CrO3
퍼옥소붕산염류
300 ㎏
퍼옥소이황산염류
300 ㎏
염소화아이소시아눌산
300 ㎏
 

▣ 일반적 성질

  ⊙ 무색 또는 백색의 분말 (고체)이다.

  ⊙ 불연성, 조연성, 강산화재, 조해성이 있다.

  ⊙ 비중이 1보다 크다.

  ⊙ 분자내에 산소를 함유하고 있어, 분해시 산소를 발생한다.

  ⊙ 폭약의 원료가 된다.

▣ 위험성

  ⊙ 가연물과 혼합시 연소 또는 폭발의 위험이 있다.

  ⊙ 가열, 충격, 마찰 등에 의해 분해될 수 있다.

  ⊙ 알칼리금속의 과산화물은 물과 반응하여 산소를 발생하며 발열한다.

▣ 저장 및 취급

  ⊙ 가연물과 접촉 및 혼합을 피한다.

  ⊙ 서늘하고 환기가 잘 되는 곳에 보관한다.

  ⊙ 알칼리금속의 과산화물은 물과 접촉을 피한다.

▣ 산화성액체 시험방법 및 판정기준 (제1류 위험물)

  ⊙ 목분(수지분이 적은 삼에 가까운 재료로 하고 크기는 500㎛의 체를 통과하고 250㎛의 체를 통과하지 않는 것).

       질산 90% 수용액 및 시험물품을 사용하여 온도 20℃, 습도 50%, 1기압의 실내에서 제2항 및 제3항의 방법에 의하여

        실시한다. 다만, 배기를 행하는 경우에는 바람의 흐름과 평행하게 측정한 풍속이 0.5m/s 이하이어야 한다.

  ⊙ 질산 90% 수용액에 관한 시험순서는 다음 각호와 같다.

      - 외경 120㎜의 평저증발접시[화학분석용 자기증발접시 (KS L 1561)] 위에 목분 (온도 105℃에서 4시간 건조하고 건조

         용 실리카겔을 넣은 데시케이터 속에 온도 20℃로 24시간 이상 보존되어 있는 것) 15g을 높이와 바닥면의 직경의

         비가 1 : 1.75가 되도록 원추형으로 만들어 1시간 둘 것

  ⊙ 5회 이상의 측정에서 1회 이상의 연소시간이 평균치에서 ± 50%의 범위에 들어가지 않는 경우에는 5회 이상의 측정결

       과가 그 범위에 들어가게 될 때까지 제1호 내지 제5호의 조작을 반복할 것

  ⊙ 시험물품에 관한 시험순서는 다음 각 호와 같다.

      - 외경 120㎜ 및 외경 80㎜ 의 평저증발접시의 위에 목분 15g 및 6g 을 높이와 바닥면의 직경의 비가 1 : 1.75가 되도록

         원추형으로 만들어 1시간 둘 것

      - 제1호의 목분 15g 및 6g의 원추형의 모양에 각각 시험물품 15g 및 24g을 주사기로 상부에서 균일하게 주사하여 목분

         과 혼합할 것

  ⊙ 제2호의 각각의 혼합물에 대하여 제2항제3호 내지 제6호와 같은 순서로 실시할 것. 이 경우 착화 후에 소염하여 훈염

       또는 발연상태로 목분의 탄화가 진행하는 경우 또는 측정종료 후에 원추형의 모양의 내부 또는 착화위치의 위쪽에

       목분이 연소하지 않고 잔존하는 경우에는 제2항제1호 내지 제4호와 같은 조작을 5회 이상 반복하고, 총 10회 이상의

       측정에서 측정횟수의 1/2 이상이 연소할 경우에는 그 연소 시간의 평균치를 연소시간으로 하고, 총 10회 이상의 측정

       에서 측정회수의 1/2 미만이 연소한 경우에는 연소시간이 없는 것으로 한다.

     - 시험물품과 목분과의 혼합물의 연소시간은 제3호에서 측정된 연소시간 중 짧은 쪽의 연소시간으로 할 것

  ⊙ 시험물품과 목분과의 혼합물의 연소시간이 표준물질 (질산 90% 수용액)과 목분과의 혼합물의 연소시간 이하인 경우

      에는 산화성액체에 해당하는 것으로 한다.

  ※ 산화성액체 시험방법 : 목분, 질산 90% 수용액을 사용

나. 제2류 위험물

  ▣ 백(100㎏) 황적, 오(500㎏)철마분, 인고천(1,000㎏)

위험물
지정수량
유별
성질
품명
화학식
제2류
가연성고체
1. 황화인
P4S3
100 ㎏
P2S5
P4S7
2. 적린
P
100 ㎏
3. 황
S
100 ㎏
4. 철분
Fe
500 ㎏
5. 금속분
500 ㎏
 
6. 마그네슘
Mg
500 ㎏
7. 그 밖에 행정안전부령으로 정하는 것
8. 제1호부터 제7호까지의 어느 하나에 해당하는 위험물을
     하나 이상 함유한 것
100 ㎏ 또는
500 ㎏
9. 인화성고체
1,000 ㎏

<참고>

 ▣ 인화성 고체 : 인화성 고체라 함은 고형알코올 그 밖에 1기압에서 인화점이 40℃ 미만인 고체를 말한다.

 ▣ 황린과 적린

      P4 (황린) → (260℃ 가열) P4 (적린)

   ⊙ 황린을 공기를 차단한 상태에서 260℃로 가열하면 적린이 된다.

 ▣ 위험물이 되는 기준

   ⊙ 황 : 순도 60wt%이상인 것. 불순물은 활석 등 불연성 물질과 수분에 한한다.

   ⊙ 철분 : 53㎛의 체를 통과하는 것이 50wt% 이상인 것

   ⊙ 금속분 : 구리분, 니첼분을 제외하고 150㎛의 체를 통과하는 것이 50wt% 이상인 것

   ⊙ 마그네슘 : 지름 2㎜ 이상의 막대모양 제외, 2㎜의 체를 통과하지 않는 것 제외 

         = 지름 2㎜ 미만의 마그네슘은 위험물에 해당한다.

가. 일반적 성질

  ① 대부분 비중이 1 보다 크거 물에 녹지 않는다.

  ② 연소가 잘 된다. 산소와 결합이 쉽다. (환원성)

  ③ 대부분 무기화합물이다.

나. 위험성

  ① 강산화성 물질과 충격 등에 의하여 폭발할 가능성이 있다.

  ② 금속분, 철분은 밀폐된 공간 내에서 분진폭발의 위험이 있다. (분진폭발 : 가볍고 작다)

  ③ 금속분, 철분, 마그네슘은 물, 습기, 산과 접촉하여 수소를 발생하여 발열한다.

다. 저장 및 취급

  ① 점화원으로 부터 멀리하고 가열을 피할 것 (화기주의)

  ② 금속분, 철분, 마그네슘은 물, 습기, 산과의 접촉을 피할 것 (화기주의, 물기엄금)

  ③ 강산화성 물질과의 접촉을 피할 것

#산화성고체 #가연성고체 #강산화성 #환원제 #산화제 #위험물 #염소산염류 #화기주의 #물기엄금 #화기엄금 #점화원 #황린 #적린 #황 #인

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1. 제4류 위험물의 종류와 지정수량

 

2. 공통성질, 저장 및 취급시 유의사항 등

가. 공통성질

  ① 액체는 물보다 가변고, 대부분 물에 잘 녹지 않는다.

  ② 상온에서 액체이며 인화하기 쉽다.

  ③ 대부분의 증기는 공기보다 무겁다.

  ④ 착화온도 (착화점, 발화온도, 발화점)가 낮을 수록 위험하다.

  ⑤ 연소하한이 낮아 증기와 공기가 약간 혼합되어 있어도 연소한다.

나. 저장 및 취급 시 유의사항

  ① 화기 및 점화원으로 부터 멀리 저장할 것

  ② 인화점 이상으로 가열하지 말 것

  ③ 증기 및 액체의 누설에 주의하여 저장할 것

  ④ 용기는 밀전하고 통풍이 잘 되는 찬 곳에 저장할 것

  ⑤ 부도체이며 정전기 발생에 주의하여 저장, 취급할 것

다. 예방대책

  ① 점화원을 제거한다.            ② 폭발성 혼합기의 형성을 방지한다.

  ③ 누출을 방지한다.                ④ 보관시 탱크 등의 관리를 철저히 한다.

라. 소화방법

    이산화탄소, 할로겐화합물, 분말, 물분무 등으로 질식소화한다.

마. 화재의 특성

  ① 유동성 액체이므로 연소속도와 화재의 확대가 빠르다.

  ② 증발연소하므로 불티가 나지 않는다.

  ③ 인화점이 낮은 것은 겨울철에도 쉽게 인화한다.

  ④ 소화 후에도 발화점 이상으로 가열된 물체 등에 의해 재연소 또는 폭발한다.

3. 위험물의 시험방법

가. 인화성 액체의 인화점 시험방법 (위험물안전관리에 관한 세부기준 제13조)

  ① 인화성액체의 인화점 측정은 나. 태그밀폐식 인화점 측정기에 의한 인화점을 측정한 방법으로 측정한 결과에 따라

       다음과 같이 정한다.

   ㉮ 측정결과가 0℃ 미만인 경우에는 당해 측정결과를 인화점으로 할 것

   ㉯ 측정결과가 0℃ 이상 80℃ 이하인 경우에는 동점도 측정을 하여 동점도가 10㎟/s 미만인 경우에는 당해 측정결과를

        인화점으로 하고, 동점도가 10㎟/s 이상인 경우에는 다.신속평형법 인화점측정기에 의한 인화점 측정시험으로 다시

        측정할 것

   ㉰ 측정결과가 80℃를 초과하는 경우에는 라. 클리브랜드개방컵 인화점측정기에 의한 인화점 측정시험에 따른 방법으로

       다시 측정할 것

  ② 인화성 액체 중 수용성 액체란 온도 20℃, 기압 1기압에서 동일한 양의 증류수와 완만하게 혼합하여 혼합액의 유동이

       멈춘 후 당해 혼합액이 균일한 외관을 유지하는 것을 말한다.

나. 태그(Tag)밀폐식 인화점 측정기에 의한 인화점 측정시험

  ① 시험장소는 1기압, 무풍의 장소로 할 것

  ② 「원유 및 석유 제품 인화점 시험방법 - 태그 밀폐식시험방법」(KS M 2010)에 의한 인화점측정기의 시료컵에 시험물품

        50㎤를 넣고 시험물품의 표면의 기포를 제거한 후 뚜껑을 덮을 것

  ③ 시험불꽃을 점화하고 화염의 크기를 직경이 4㎜가 되도록 조정할 것

  ④ 시험물품의 온도가 60초간 1℃의 비율로 상승하도록 수조를 가열하고 시험물품의 온도가 설정온도보다 5℃ 낮은 온도

       에 도달하면 개폐기를 작동하여 시험불꽃을 시료컵에 1초간 노출시키고 닫을 것. 이 경우 시험불꽃을 급격히 상하로

       움직이지 아니하여야 한다.

  ⑤ ④의 방법에 의하여 인화하지 않는 경우에는 시험물품의 온도가 0.5℃ 상승할 때마다 개폐기를 작동하여 시험불꽃을

       시료컵에 1초간 노출시키고 닫는 조작을 인화할 때까지 반복할 것

  ⑥ ⑤의 방법에 의하여 인화한 온도가 60℃ 미만의 온도이고 설정온도와의 차가 2℃를 초과하지 않는 경우에는 당해 온도

      를 인화점으로 할 것

  ⑦ ④의 방법에 의하여 인화한 경우 및 ⑤의 방법에 의하여 인화한 온도와 설정온도와의 차가 2℃를 초과하는 경우에는

       ② 내지 ⑤에 의한 방법으로 반복하여 실시할 것

  ⑧ ⑤의 방법 및 ⑦의 방법에 의하여 인화한 온도가 60℃ 이상의 온도인 경우에는 ⑨ 내지 ⑬의 순서에 의하여 실시할 것

  ⑨ ② 및 ③과 같은 순서로 실시할 것

  ⑩ 시험물품의 온도가 60초간 3℃의 비율로 상승하도록 수조를 가열하고 시험물품의 온도가 설정온도보다 5℃ 낮은 온도

       에 도달하면 개폐기를 작동하여 시험불꽃을 시료컵에 1초간 노출시키고 닫을 것. 이 경우 시험불꽃을 급격히 상하로

        움직이지 아니하여야 한다.

  ⑪ ⑩의 방법에 의하여 인화하지 않는 경우에는 시험물품의 온도가 1℃ 상승마다 개폐기를 작동하여 시험불꽃을 시료컵

       에 1초간 노출시키고 닫는 조작을 인화할 때까지 반복할 것

  ⑫ ⑪의 방법에 의하여 인화한 온도와 설정온도와의 차가 2℃를 초과하지 않는 경우에는 당해 온도를 인화점으로 할 것

  ⑬ ⑩의 방법에 의하여 인화한 경우 및 제11호의 방법에 의하여 인화한 온도와 설정온도와의 차가 2℃를 초과하는 경우에

       는 ⑨ 내지 ⑪와 같은 순서로 반복하여 실시할 것

다. 신속평형법 인화점측정기에 의한 인화점 측정시험

  ① 시험장소는 1기압, 무풍의 장소로 할 것

  ② 신속평형법인화점측정기의 시료컵을 설정온도까지 가열 또는 냉각하여 시험물품(설정온도가 상온보다 낮은 온도인

       경우에는 설정온도까지 냉각한 것) 2㎖를 시료컵에 넣고 즉시 뚜껑 및 개폐기를 닫을 것

  ③ 시료컵의 온도를 1분간 설정온도로 유지할 것

  ④ 시험불꽃을 점화하고 화염의 크기를 직경 4㎜가 되도록 조정할 것

  ⑤ 1분 경과 후 개폐기를 작동하여 시험불꽃을 시료컵에 2.5초간 노출시키고 닫을 것. 이 경우 시험불꽃을 급격히 상하로

       움직이지 아니하여야 한다.

  ⑥ ⑤의 방법에 의하여 인화한 경우에는 인화하지 않을 때까지 설정온도를 낮추고, 인화하지 않는 경우에는 인화할 때까

       지 설정온도를 높여 ② 내지 ⑤의 조작을 반복하여 인화점을 측정할 것

라. 클리브랜드(Cleaveland)개방컵 인화점 측정기에 의한 인화점 측정시험

  ① 시험장소는 1기압, 무풍의 장소로 할 것

  ② 「인화점 및 연소점 시험방법 - 클리브랜드 개방컵 시험방법」(KS M ISO 2592)에 의한 인화점측정기의 시료컵의 표선

        (標線)까지 시험물품을 채우고 시험물품의 표면의 기포를 제거할 것

  ③ 시험불꽃을 점화하고 화염의 크기를 직경 4㎜가 되도록 조정할 것

  ④ 시험물품의 온도가 60초간 14℃의 비율로 상승하도록 가열하고 설정온도보다 55℃ 낮은 온도에 달하면 가열을 조절하

       여 설정온도보다 28℃ 낮은 온도에서 60초간 5.5℃의 비율로 온도가 상승하도록 할 것

  ⑤ 시험물품의 온도가 설정온도보다 28℃ 낮은 온도에 달하면 시험불꽃을 시료컵의 중심을 횡단하여 일직선으로 1초간

       통과시킬 것. 이 경우 시험불꽃의 중심을 시료컵 위쪽 가장자리의 상방 2㎜ 이하에서 수평으로 움직여야 한다.

  ⑥ ⑤의 방법에 의하여 인화하지 않는 경우에는 시험물품의 온도가 2℃ 상승할 때마다 시험불꽃을 시료컵의 중심을 횡단

       하여 일직선으로 1초간 통과시키는 조작을 인화할 때까지 반복할 것

  ⑦ ⑥의 방법에 의하여 인화한 온도와 설정온도와의 차가 4℃를 초과하지 않는 경우에는 당해 온도를 인화점으로 할 것

  ⑧ ⑤의 방법에 의하여 인화한 경우 및 ⑥의 방법에 의하여 인화한 온도와 설정온도와의 차가 4℃를 초과하는 경우에는

       ② 내지⑥와 같은 순서로 반복하여 실시할 것

4. 인화성 액체 각론

【 지정수량 : 50 ℓ】

 

가. 특수인화물류

  "특수인화물"이라 함은 이황화탄소, 디에틸에테르, 그 밖의 1기압에서 발화점이 100℃ 이하인 것 또는 인화점이 영하

   20℃ 이하이고 비점이 40℃ 이하인 것을 말한다.

 

㉮ 일반적 성질

  ㉠ 무색투명한 유동성 액체로 휘발성이 크며, 에탄올과 나트륨이 반응하면 수소가 발행하지만 에테르는 나트륨과 반응하

       여도 수소가 발생하지 않으므로 구별할 수 있다.

  ㉡ 물에는 약간 녹고 알코올 등에는 잘 녹고, 증기는 마취성이 있다.

  ㉢ 전기의 부도체로서 정전기가 발생하기 쉽다.

㉯ 위험성

  ㉠ 인화점이 낮고 휘발성이 강하다.

  ㉡ 증기 누출이 용이하며 장기간 저장시 공기 중에서 산화되어 구조 불명의 불안정하고 폭발성의 과산화물을 만드는데

       이는 유기과산화물과 같은 위험성을 가지기 때문에 100℃로 가열하거나 충격, 압축으로 폭발한다.

  ㉢ 증기와 공기의 혼합가스는 발화점이 낮고, 폭발성이 있다.

  ㉣ 건조과정이나 여과를 할 때 유체마찰에 의해 정전기가 발생, 축적하기 쉽고 소량의 물을 함유하고 있는 경우 이 수분으

       로 대전되기 쉬우므로 비닐관 등의 절연성 물체내를 흐르면 정전기가 발생한다. 이 정전기 발생으로 인한 스파크는

       에테르 증기의 연소폭발을 일으키는 데 충분하다.

  ㉤ 강산화제와 접촉시 격렬하게 반응하고 혼촉발화한다. 특히, NaClO3와 혼합한 것은 습기 또는 햇빛에 의해 발화한다.

㉰ 저장 및 취급방법

  ㉠ 직사광선에 분해되어 과산화물을 생성하므로 갈색병을 사용하여 밀전하고 냉암소 등에 보관하며 용기의 공간용적은

       2% 이상으로 해야 한다.

  ㉡ 불꽃 등 화기를 멀리하고 통풍이 잘 되는 곳에 저장한다.

  ㉢ 대량저장 시에는 불활성가스를 봉입하고, 운반용기의 공간용적으로 10% 이상 여유를 둔다. 또한, 옥외저장탱크 중

       압력탱크에 저장하는 경우 40℃ 이하를 유지해야 한다.

  ㉣ 점화원을 피해야 하며 특히 정전기를 방지하기 위해 약간의 CaCl2를 넣어 두고, 또한 폭발성의 과산화물 생성 방지를

       위해 40 mesh의 구리망을 넣어 둔다.

  ㉤ 과산화물의 검출은 10% 아이오딘화칼륨(KI) 용액과의 황색반응으로 확인한다. 또한, 생성된 과산화물을 제거하는

       시약으로는 황산제일철(FeSO4)을 사용한다.

㉱ 소화방법 : 소규모 화재 시는 물분무, CO2, 건조분말도 유효하나, 대형 화재의 경우는 다량의 알코올포 방사에 의한

                      질식소화가 적당하다.

㉲ 용도 : 유기용제, 무연화약 제조, 시약, 의약, 유기합성 등에 사용

② 이황화탄소 (CS2) - 비수용성 액체

분자량
비중
녹는점
비점
인화점
발화점
연소범위
76
1.26
-111℃
34.6℃
-30℃
90℃
1.0~50%

㉮ 일반적 성질

  ㉠ 순수한 것은 무색투명하고 클로로포름과 같은 약한 향기가 있는 액체지만 통상 불순물이 있기 때문에 황색을 띠며

       불쾌한 냄새가 난다.

  ㉡ 물보다 무겁고 물에 녹지 않으나, 알코올, 에테르, 벤젠 등에는 잘 녹으며, 유지, 수지 등의 용제로 사용된다.

  ㉢ 독성이 있어 피부에 장시간 접촉하거나 중기 흡입시 인체에 유해하다.

  ㉣ 제4류 위험물 중 발화점 (90℃ 또는 100℃)가 가장 낮고 연소범위 (1.0 ~ 50%)가 넓으며 증기압 (300㎜Hg)이 높아 휘발

        이 높고 인화성, 발화성이 강하다.

㉯ 위험성

  ㉠ 휘발하기 쉽고 발화점이 낮아 백열등, 난방기구 등의 열에 의해 발화하며, 점화하면 청색을 내고 연소하는데 연소생성

       물 중 SO2는 유독성이 강하다.

        CS2 + 3O2 → CO2 + 2SO2

  ㉡ 강산화제와 접촉시 격렬하게 반응하고 혼촉발화한다. 특히, NaClO3와 혼합한 것은 습기 또는 햇빛에 의해 발화한다.

  ㉢ 증기는 공기와 혼합하여 인화폭발의 위험이 있으며 나트륨 같은 알칼리금속류와 접촉하면 발화 또는 폭발한다.

  ㉣ 고온의 물과 반응하면 이산화탄소와 황화수소가 발생한다.

        CS2 + 2H2O → CO2 + 2H2S

㉰ 저장 및 취급 방법

  ㉠ 착화온도가 낮으므로 화기를 멀리하고, 직사광선을 피해 통풍이 잘 안되는 냉암소에 저장한다.

  ㉡ 밀봉, 밀전하여 액체나 증기의 누설을 방지한다.

  ㉢ 물 보다 무겁고 물에 녹기 어렵기 때문에 가연성 증기의 발생을 억제하기 위하여 물(수조)속에 저장한다.

㉱ 소화방법 : 화재확대위험이 없거나 고정된 탱크나 밀폐용기 중의 화재인 경우 표면에 조심스럽게 주수하여 물을 채워

                       피복소화할 수 있다. 또한 초기 소화시 CO2, 분말, 할론이 유효하나, 대형 화재의 경우는 다량의 포방사에

                       의한 질식소화가 적당한다.

㉲ 용도 : 유기용제, 고무가황, 촉진제, 살충제 등

③ 아세트알데하이드 (CH3CHO, 알데하이드, 초산알데하이드) - 수용성 액체

 

㉮ 일반적 성질

  ㉠ 무색이며 고농도는 자극성 냄가가 나며 저농도의 것은 과일같은 향이 나는 휘발성이 강한 액체로서 물, 에탄올, 에테르

        에 잘 녹고, 고무를 녹인다.

  ㉡ 환원성이 커서 은거울반응을 하며, I2와 NaOH를 넣고 가열하는 경우 황색의 아이오딘 포름(CH3I) 침전이 생기는

       아이오딘포름반응을 한다.

        CH3CHO + I2 + 2NaOH → HCOONa + NaI + CH3I + H2O

   ※ 은거울 반응 [ silver mirror reaction ] : 암모니아를 첨가한 질산 은(AgNO3) 용액(톨렌스 시약, Tollen's reagent)과 환원

           성 유기 화합물이 반응하여 은이 거울처럼 석출되는 현상을 뜻하며 환원성 유기 화합물을 검출하는 반응으로 알려

            져 있다.

  ㉢ 진한황산과의 접촉에 의해 격렬히 중합반응을 일으켜 발열한다.

  ㉣ 산화시 초산, 환원시 에탄올이 생성된다.

        2CH3CHO + O2 → 2CH3COOH (산화작용)

        CH3CHO + H2 → C2H5OH (환원반응)

  ㉤ 발화점(175℃)이 매우 낮고 연소범위(4.1 ~ 57%)가 넓으나 증기압 (750㎜Hg)이 높아 휘발이 잘되고, 인화성, 발화성이

       강하며 수용액 상태에서도 인화의 위험이 있다.

  ㉥ 제조방법

     ⓐ 에틸렌의 직접 산화법 : 에틸렌을 염화구리 또는 염화팔라듐의 촉매하에서 산화반응을 시켜 제조한다.

          2C2H4 + O2 → 2CH3CHO

     ⓑ 에틸알코올의 직접 산화법 : 에틸알코올을 이산화망가니즈 촉매하에서 산화시켜 제조한다.

           2C2H5OH + O2 → 2CH3CHO + 2H2O

      ⓒ 아세틸렌의 수화법 : 아세틸렌과 물을 수은 촉매하에서 수화시켜 제조한다.

           C2H2 + H2O → CH3CHO

㉯ 위험성

  ㉠ 구리, 수은, 마그네슘, 은 및 그 합금으로 된 취급설비는 아세트알데하이드와의 반응에 의해 이들간에 중합반응을 일으

       켜 구조 불명의 폭발성 물질을 생선한다.

   ※ 고분자화학(高分子化學, polymer chemistry)에서 중합은 단량체 분자들이 화학적 반응에 의해 고분자 사슬을 만들거

       나 삼차원 망상구조가 생성되는 것을 말한다. 중합이란 분자 내에 복수의 반응점이 있는 1종 또는 2종 이상의 단량체

       가 차례로 반응하여, 단량체에 기초한 반복구조를 갖는 분자인 고분자를 생성하는 화학반응을 말한다. 간단한 예로는

       알켄의 이중결합이 라디칼 반응 통하여 탄소 원자 사이에 안정한 σ-결합으로 형성하는 반응이라고 설명할 수 있다.

  ㉡ 강산화제와 접촉시 격렬하게 반응하여 혼촉발화의 위험이 있고 가압하에서 공기와 접촉시 폭발성의 과산화물을 생성

      한다.

  ㉢ 자극성이 강해 증기 및 액체는 인체에 유해하다.

㉰ 저장 및 취급 방법

  ㉠ 공기와 접촉시 폭발성의 과산화물이 생성된다.

  ㉡ 산의 존재하에서는 격심한 중합반응을 하기 때문에 접촉을 피하도록 한다.

  ㉢ 탱크 저장시에는 불활성 가스 또는 수증기를 봉입하고 냉각장치 등을 이용하여 저장온도를 비점 이하로 유지시켜야

       한다. 보냉장치가 없는 이동저장탱크에 저장하는 아세트알데하이드의 온도는 40℃로 유지하여야 한다.

  ㉣ 자극성이 강하므로 증기의 발생이나 흡입을 피하도록 한다.

㉱ 소화방법 : 수용성이므로 소화시 분무상의 물을 대량 주수하여 희석소화하고 소량의 경우는 CO2, 할론, 분말, 물분무도

                       유효하며, 경우에 따라서는 다량의 포를 사용한다.

㉲ 용도 : 플라스틱, 합성고무의 원료, 곰팡이 방지제, 사진 현상용, 용제 등에 사용

④ 산화프로필렌 (CH3CHOCH2, 프로필렌옥사이드) - 수용성 액체

 

㉮ 일반적 성질

  ㉠ 에테르 냄새를 가진 무색의 휘발성이 강한 액체이다.

  ㉡ 반응성이 풍부하며 물 또는 유기용제 (벤젠, 에테르, 알코올 등)에 잘 녹는다.

  ㉢ 증기는 공기와 혼합하여 작은 점화원에 의해 인화폭발의 위험이 있으며 연소속도가 빠르다.

㉯ 위험성

  ㉠ 수용액 상태에서도 인화의 위험이 있으며, 밀폐용기는 가열하면 심하게 폭발하고 공기중에서 폭발적으로 분해할 위험

       이 있다.

  ㉡ 증기는 눈, 점막 등을 자극하며 흡입시 폐부종 등을 일으키고, 액체가 피부와 접촉할 때에는 동상과 같은 증상이 나타

       난다.

  ㉢ 반응성이 풍부하여 구리, 마그네슘, 수은, 은 및 그 합금 또는 산, 염기, 염화제이철 등과의 접촉에 의해 폭발성 혼합물

      인 아세틸라이드를 생성한다.

  ㉣ 증기압이 매우 높으므로 (20℃에서 45㎜Hg) 상온에서 쉽게 위험농도에 도달한다.

  ㉤ 강산화제와 접촉 시 격렬히 반응하여 혼촉발화의 위험이 있다.

㉰ 저장 및 취급 방법

  ㉠ 공기와 접촉시 폭발성의 과산화물이 생성된다.

  ㉡ 산의 존재하에서는 격심한 중합반응을 하기 때문에 접촉을 피하도록 한다.

  ㉢ 탱크 저장시에는 불활성 가스 또는 수증기를 봉입하고 냉각장치 등을 이용하여 저장온도를 비점 이하로 유지시켜야

       한다. 보냉장치가 없는 이동저장탱크에 저장하는 산화프로필렌의 온도는 40℃로 유지하여야 한다.

  ㉣ 자극성이 강하므로 증기의 발생이나 흡입을 피하도록 한다.

㉱ 소화방법 : 수용성이므로 소화시 분무상의 물을 대량 주수하여 희석소화하고 소량의 경우는 CO2, 할론, 분말, 물분무도

                       유효하며, 경우에 따라서는 다량의 포를 사용한다.

㉲ 용도 : 용제, 안료, 살균제 등의 제조

⑤ 기타

  ㉮ 아이소프렌 : 인화점 -54℃, 착화점 : 220℃, 연소범위 2 ~ 9%

  ㉯ 아이소펜탄 : 인화점 -51℃

#인화성 #특수인화물 #디에틸에테르

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1. 제2류 위험물의 종류와 지정수량

성질
위험등급
품명
대표품목
지정수량
가연성
고체
1. 황화인
2. 적린(P)
3. 황(S)
P4S3, P2S5, P4Sr
100 ㎏
4. 철분(Fe)
5. 금속분
6. 마그네슘 (Mg)
Al, Zn
500 ㎏
7. 인화성 고체
고형 알코올
1,000㎏

2. 공통성질, 저장 및 취급시 유의사항, 예방대책 및 소화방법

가. 공통성질

  ① 비교적 낮은 온도에서 착화하기 쉬운 가연성 고체로서 이연성, 속연성 물질이다.

  ② 연소속도가 매우 빠르고, 연소시 유독가스가 발생하며, 연소열이 크고, 연소온도가 높다.

  ③ 강환원제로서 비중이 1보다 크며, 대부분 물에 잘 녹지 않는다.

  ④ 인화성 고체를 제외하고 무기화합물이다.

  ⑤ 산화제와 접촉, 마찰로 인화여 착화되면 급격히 연소한다.

  ⑥ 철분, 마그네슘, 금속분은 물, 산과의 접촉시 발열한다.

  ⑦ 금속은 양성원소이므로 산소와의 결합력이 일밙거으로 크고, 이온화 경향이 큰 금속일수록 산화되기 쉽다.

나. 저장, 취급시 유의 사항

  ① 점화원을 멀리하고 가열을 피한다.

  ② 산화제와의 접촉을 피한다.

  ③ 용기 등의 파손으로 위험물이 누출되지 않도록 한다.

  ④ 금속분 (철분, 마그네슘, 금속분 등)은 물이나 산과의 접촉을 피한다.

  ⑤ 용기는 밀전, 밀봉하여 누설에 주의한다.

다. 예방대책

  ① 화기엄금, 가열엄금, 고온체와의 접촉을 피한다.

  ② 산화제인 제1류 위험물, 제6류 위험물 같은 물질과 혼합, 혼촉을 피한다.

  ③ 통풍이 잘 되는 냉암소에 보관, 저장하며, 폐기 시에는 소량씩 소각 처리한다.

라. 소화방법

  ① 주수에 의한 냉각 소화

  ② 황화인, 철분, 금속분, 마그네슘의 경우 건조사 등에 의한 질식소화

3. 위험성 시험방법

   가연성 고체에 해당하는 착화의 위험성 시험방법 ㅁ치 판정기준은 다음의 규정에 따른다.

 

가. 착화의 위험성 시험방법 및 판정기준

  ① 착화의 위험성 시험방법은 작은 불꽃 착화시험에 의하며, 그 방법은 다음과 같다.

    ㉠ 시험장소는 온도 20℃, 습도 50%, 1기압, 무풍의 장소로 할 것

    ㉡ 두께 10㎜ 이상의 무기질 단열판 위에 시험물품 (건조용 실리카겔을 넣은 데시케이터 속에 온도 20℃로 24시간 이상

         보존되어 있는 것) 3 ㎤ 정도로 둘 것. 이 경우 시험물품이 분말상 또는 입자상이면 무기질의 단열판 위에 반구상(半球

          狀)으로 둔다.

    ㉢ 액화석유가스의 불꽃 [선단이 봉상(棒狀)인 착화기구의 확산염으로서 화염의 길이가 해당 착화기구의 구멍이 위로

         향한 상태로 70 ㎜가 되도록 조절한 것]을 시험물품에 10초간 접촉 (화염과 시험물품의 접촉면적은 2 ㎠로 하고 접촉

         각도는 30°로 한다)시킬 것

    ㉣ ㉡ 및 ㉢의 조작을 10회 이상 반복하여 화염을 시험물품에 접촉할 때 부터 시험물품이 착화할 때까지의 시간을 측정

         하고, 시험물품이 1회 이상 연소 (불꽃없이 연소하는 상태를 포함한다)를 계속하는지 여부를 관찰할 것.

  ② ①의 방법에 의한 시험결과 불꽃을 시험물품에 접촉하고 있는 동안에 시험물품이 모두 연소하는 경우, 불꽃을 격리시

       킨 후 10초 이내에 연소물품 전부 연소한 경우 또는 불꽃을 격리시킨 후 10초 이상 계속하여 시험물품이 연소한 경우

       에는 가연성 고체에 해당하는 것으로 한다.

나. 고체의 인화 위험성 시험방법

   인화성 위험성 시험은 인화점 측정에 의하며, 그 방법은 다음과 같다.

  ① 시험장치는 「페인트, 바니시, 석유 및 관련제품 - 인화점 시험방법 - 신속평형법」 (KS M ISO 3679)에 의한 인화점

       측정기 또는 이에 준하는 것으로 할 것

  ② 시험장소는 1기압의 무풍의 무풍장소로 할 것

  ③ 다음 그림의 신속평형법 시료컵을 설정온도 (시험물품이 인화하는지의 여부를 확인하는 온도를 말한다. 이하 같다)까

       지 가열 또는 냉각하여 시험물품(설정온도가 상온보다 낮은 온도인 경우에는 설정온도까지 냉각시킨 것) 2g을 시료컵

       에 넣고 뚜껑 및 개폐기를 닫을 것

 

  ④ 시료컵의 온도를 5분간 설정온도로 유지할 것

  ⑤ 시험불꽃을 점화하고 화염의 크기를 직경 4㎜가 되도록 조정할 것

  ⑥ 5분 경과 후 개폐기를 작동하여 시험불꽃을 시료컵에 2.5초간 노출시키고 닫을 것. 이 경우 시험불꽃을 급격히 상하로

       움직이지 아니하여야 한다.

  ⑦ ⑥의 방법에 의하여 인화한 경우에는 인화하지 않게 될 때까지 설정온도를 낮추고, 인화하지 않는 경우에는 인화할 때

       까지 높여 ③ 내지 ⑥의 조작을 반복하여 인화점을 측정할 것

4. 가연성 고체 각론

【 지정수량 100 ㎏】

 

가. 황화인

① 일반적 성질

 

  ㉠ 삼황화인(P4S3) : 물, 황산, 염산 등에는 녹지 않고, 산이나 황화탄소(CS2), 리 등에 녹는다.

  ㉡ 오황화인(P2S5) : 코올이나 황화탄소(CS2)에 녹으며, 물이나 알칼리와 반응하면 분해되어 황화수소(H2S)와 인산

       (H3PO4)으로 된다. ★★

      P2S5 + 8H2O → 5H2S + 2H3PO4

  ㉢ 칠황화인(P4S7) : 황화탄소(CS2), 물에는 약간 녹으며, 따뜻한 물에서는 급격히 분해되어 황화수소(H2S)와 인산

        (H3PO4)이 생성된다.

② 위험성

  ㉠ 황화인의 미립자를 흡수하면 기관지 및 눈의 점막을 자극한다.

  ㉡ 가연성 고체 물질로서 약간의 열에 의해서도 대단히 연소하기 쉬우며, 조건에 따라 폭발한다.

  ㉢ 연소생성물은 매우 유독하다.

       P4S3 + 8O2 → 2P2O5 + 3SO2

       2P2S5 + 15O2 → 2P2O5 + 10SO2

  ㉣ 알코올, 알칼리, 아민류, 유기산, 강산 등과 접촉하면 심하게 반응한다.

  ㉤ 단독 또는 무기과산화물류, 과망가니즈산염류, 납 등의 금속분, 유기물 등과 혼합하는 경우 가열, 충격, 마찰에 의해

       발화 또는 폭발한다.

③ 저장 및 취급방법

  ㉠ 소량인 경우 유리병에 저장, 대량인 경우 양철통에 넣은 후 나무상자에 보관한다.

  ㉡ 산화제, 과산화물류, 알칼리, 아민류, 유기산, 강산 등과의 접촉을 피하고 용기는 차고 건조하며 통풍이 잘 되는 안전한

       곳에 저장한다.

  ㉢ 가열금지, 직사광선 차단, 화기를 엄금하고, 충격과 마찰을 피한다.

  ㉣ 용기는 밀폐하여 보존하고, 물과 반응하므로 습기의 차단과 빗물 등의 침투에 항상 주의하여 보관한다.

④ 소화방법 : 화재시 CO2, 건조 소금분말, 마른 모래 등으로 질식 소화하며, 누설된 증기에 대해서는 물분무에 의하여

                      회수하여야 한다. 특히, 연소생성물이 대단히 유독하므로 보호장구의 착용은 필수이다.

⑤ 용도

  ㉠ 삼황화인 : 성냥, 유기합성 탈색 등

  ㉡ 오황화인 : 선광제, 윤활유 첨가제, 농약 제조 등

  ㉢ 칠황화인 : 유기합성 등

나. 적린 (P, 붉은 인)

① 일반적 성질

  ㉠ 원자량 : 31, 비중 : 2.2, 융점 : 600 ℃, 발화온도 : 260℃, 승화온도 : 400 ℃

  ㉡ 조해성이 있으며, 물, 이황화탄소, 에테르, 암모니아 등에는 녹지 않는다.

  ㉢ 암적색의 분말로 황린의 동소체이지만 자연발화의 위험이 없어 안전하며, 독성도 황린에 비하여 약하다.

② 위험성

  ㉠ 염소산염류, 과염소산염류 등 강산화제와 혼합하면 불안정한 폭발물과 같이 되어 약간의 가열, 충격, 마찰에 의해 폭발

       한다.

       6P + 5KClP3 → 5KCl + 3P2O5

  ㉡ 연소하면 황린이나 황화인과 같이 유독성이 감한 백색의 오산화인이 발생하며, 일부 포스핀도 발생한다. ★★

        4P + 5O2 → 2P2O5

  ㉢ 불순물로 황린이 혼재하는 경우 자연발화의 위험이 있다.

  ㉣ 강알칼리와 반응하여 포스핀을 생성하고 할로겐 원소 중 Br2, I2와 격렬히 반응하면서 혼촉발화한다.

③ 저장 및 취급방법

  ㉠ 화기엄금, 가열금지, 충격, 타격, 마찰이 가해지지 않도록 한다.

  ㉡ 제1류 위험물과 절대 혼합되지 않게 하고, 화약류, 폭발성 물질, 가연성 물질 등과 격리하여 냉암소에 보관한다.

④ 소화방법 : 다량의 물로 소화하고 소량인 경우에는 모래나 CO2도 효과가 있다. 그러나 폭발의 위험이 있으므로 안전

                      거리의 확보와 연소생성물이 독성이 강하므로 보호장구를 반드시 착용해야 한다.

⑤ 용도 : 성냥, 불꽃놀이, 의약, 농약, 유기합성, 구리의 탈탄, 폭음제 등

다. 황 (S)

  황은 순도가 60wt% 미만인 것을 제외한다. 이 경우 순도 측정에 있어서 불순물은 활석 등 불연성 물질과 수분에 한한다.

① 일반적 성질

구 분
단사황(S8)
사방황(S8)
고무상황(S8)
결정형
바늘모양(침상)
팔면체
무정형
비중
1.95
2.07
-

  ㉠ 황색의 결정 또는 미황색의 분말로서 단사황, 사방황 및 고무상황 등의 동소체가 있다.

       (동소체 : 같은 원소로 되어 있으나 구조가 다른 단체)

  ㉡ 물, 산에는 녹지 않으며 알코올에는 약간 녹고, 이황화탄소(CS2)에는 잘 녹는다.

        (단, 고무상황은 녹지 않는다)

  ㉢ 공기중에서 연소하면 푸른 빛을 내며 아황산가스(SO2)가 발생한다.

        S + O2 → SO2

  ㉣ 분자량 : 32, 융점 : 120℃, 비점 : 444℃, 인화점 : 207℃, 발화점 : 232℃, 비중: 2.07

② 위험성

  ㉠ 연소가 매우 쉬운 가연성 고체로 유독성의 이산화황가스가 발생하고, 연소할 때 연소열에 의해 액화하고 증발한 증기

       가 연소한다.

  ㉡ 제1류 위험물과 같은 산화성 물질과 혼합시 약간의 가열이나 충격 등에 의해 발화, 폭발한다. ( ex : 흑색화약)

  ㉢ 황가루가 공기 중에 부유할 때 분진폭발의 위험이 있다.

③ 저장 및 취급방법

  ㉠ 산화제와 멀리하고 화기 등에 주의한다.

  ㉡ 절연성으로 인해 정전기에 의한 발화가 가능하므로 정전기의 축적을 방지하고, 가열, 충격, 마찰 등은 피한다.

  ㉢ 분말은 분진폭발의 위험이 있으므로 취급시 유의하여야 한다.

  ㉣ 제1류 위험물과 같은 강산화제, 유기과산화물, 탄화수소류, 화약류, 목탄분, 산화성 가스와의 혼합을 피한다.

④ 소화방법 : 소규모의 화재시는 모래로 질식소화하나, 보통은 직사주수는 비산의 위험이 있으므로 다량의 물로 분무주수

                       에 의해 냉각소화한다.

⑤ 용도 : 화약, 고무상황, 이황화탄소(CS2)의 제조, 성냥, 의약, 농약, 살균, 살충, 염료, 표백 등

【지정수량 - 500 ㎏】

라. 마그네슘 (Mg)

  마그네슘 또는 마그네슘을 함유한 것 중 2㎜의 체를 통과하지 아니하는 덩어리는 제외

① 일반적 성질

 

  ㉠ 삼황화인(P4S3) : 물, 황산, 염산 등에는 녹지 않고, 산이나 황화탄소(CS2), 리 등에 녹는다.

  ㉡ 오황화인(P2S5) : 코올이나 황화탄소(CS2)에 녹으며, 물이나 알칼리와 반응하면 분해되어 황화수소(H2S)와 인산

                                   (H3PO4)으로 된다. ★★

         P2S5 + 8H2O → 5H2S + 2H3PO4

  ㉢ 칠황화인(P4S7) : 황화탄소(CS2), 물에는 약간 녹으며, 따뜻한 물에서는 급격히 분해되어 황화수소(H2S)와 인산

                                    (H3PO4)이 생성된다.

② 위험성

  ㉠ 황화인의 미립자를 흡수하면 기관지 및 눈의 점막을 자극한다.

  ㉡ 가연성 고체 물질로서 약간의 열에 의해서도 대단히 연소하기 쉬우며, 조건에 따라 폭발한다.

  ㉢ 연소생성물은 매우 유독하다.

        P4S3 + 8O2 → 2P2O5 + 3SO2

        2P2S5 + 15O2 → 2P2O5 + 10SO2

  ㉣ 알코올, 알칼리, 아민류, 유기산, 강산 등과 접촉하면 심하게 반응한다.

  ㉤ 단독 또는 무기과산화물류, 과망가니즈산염류, 납 등의 금속분, 유기물 등과 혼합하는 경우 가열, 충격, 마찰에 의해

       발화 또는 폭발한다.

③ 저장 및 취급방법

  ㉠ 소량인 경우 유리병에 저장, 대량인 경우 양철통에 넣은 후 나무상자에 보관한다.

  ㉡ 산화제, 과산화물류, 알칼리, 아민류, 유기산, 강산 등과의 접촉을 피하고 용기는 차고 건조하며 통풍이 잘 되는 안전한

       곳에 저장한다.

  ㉢ 가열금지, 직사광선 차단, 화기를 엄금하고, 충격과 마찰을 피한다.

  ㉣ 용기는 밀폐하여 보존하고, 물과 반응하므로 습기의 차단과 빗물 등의 침투에 항상 주의하여 보관한다.

④ 소화방법 : 화재시 CO2, 건조 소금분말, 마른 모래 등으로 질식 소화하며, 누설된 증기에 대해서는 물분무에 의하여

                       회수하여야 한다. 특히, 연소생성물이 대단히 유독하므로 보호장구의 착용은 필수이다.

⑤ 용도

  ㉠ 삼황화인 : 성냥, 유기합성 탈색 등

  ㉡ 오황화인 : 선광제, 윤활유 첨가제, 농약 제조 등

  ㉢ 칠황화인 : 유기합성 등

나. 적린 (P, 붉은 인)

① 일반적 성질

  ㉠ 원자량 : 31, 비중 : 2.2, 융점 : 600 ℃, 발화온도 : 260℃, 승화온도 : 400 ℃

  ㉡ 조해성이 있으며, 물, 이황화탄소, 에테르, 암모니아 등에는 녹지 않는다.

  ㉢ 암적색의 분말로 황린의 동소체이지만 자연발화의 위험이 없어 안전하며, 독성도 황린에 비하여 약하다.

② 위험성

  ㉠ 염소산염류, 과염소산염류 등 강산화제와 혼합하면 불안정한 폭발물과 같이 되어 약간의 가열, 충격, 마찰에 의해 폭발

       한다.

      6P + 5KClP3 → 5KCl + 3P2O5

  ㉡ 연소하면 황린이나 황화인과 같이 유독성이 감한 백색의 오산화인이 발생하며, 일부 포스핀도 발생한다. ★★

       4P + 5O2 → 2P2O5

  ㉢ 불순물로 황린이 혼재하는 경우 자연발화의 위험이 있다.

  ㉣ 강알칼리와 반응하여 포스핀을 생성하고 할로겐 원소 중 Br2, I2와 격렬히 반응하면서 혼촉발화한다.

③ 저장 및 취급방법

  ㉠ 화기엄금, 가열금지, 충격, 타격, 마찰이 가해지지 않도록 한다.

  ㉡ 제1류 위험물과 절대 혼합되지 않게 하고, 화약류, 폭발성 물질, 가연성 물질 등과 격리하여 냉암소에 보관한다.

④ 소화방법 : 다량의 물로 소화하고 소량인 경우에는 모래나 CO2도 효과가 있다. 그러나 폭발의 위험이 있으므로 안전거

                       리의 확보와 연소생성물이 독성이 강하므로 보호장구를 반드시 착용해야 한다.

⑤ 용도 : 성냥, 불꽃놀이, 의약, 농약, 유기합성, 구리의 탈탄, 폭음제 등

다. 황 (S)

  황은 순도가 60wt% 미만인 것을 제외한다. 이 경우 순도 측정에 있어서 불순물은 활석 등 불연성 물질과 수분에 한한다.

① 일반적 성질

  ㉠ 알칼리토금속에 속하는 대표적인 경금속으로 은백색의 광택이 있는 금속이며 공기 중에서 서서히 산화하여 광택을

       잃는다.

  ㉡ 열전도율 및 전기전도도가 큰 금속이다.

  ㉢ 산 및 온수와 반응하여 많은 양의 열과 수소(H2)가 발생한다. ★★

        Mg + 2HCl → MgCl2 + H2

        Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2

  ㉣ 공기중 부식성은 적지만, 산이나 염류에는 침식된다.

  ㉣ 원자량 : 24, 비중 : 1.74, 융점 : 65℃, 비점 : 1,107℃, 착화온도 : 473℃

② 위험성

  ㉠ 공기중에서 미세한 분말이 밀폐공간에 부유할 때 스파크 등 작은 점화원에 의해 분진폭발한다.

  ㉡ 얇은 박, 부스러기도 쉽게 발화하고, PbO2, Fe2O3, N2O, 할로겐 및 1류 위험물과 같은 강산화제와 혼합된 것은 약간

       의 가열, 충격, 마찰 등에 의해 발화, 폭발한다.

  ㉢ 상온에서는 물을 분해하지 못하여 안정하지만 뜨거운 물이나 과열 수증기와 접촉시 격렬하게 수소가 발생하며 염화암

       모늄 용액과의 반응은 위험을 초래한다.

  ㉣ 가열하면 연소가 쉽고 양이 많은 경우 맹렬히 연소하며 강한 빛을 낸다. 특히 연소열이 매우 높기 때문에 온도가 높아

       지고 화세가 격렬하여 소화가 곤란하다.

        2Mg + O2 → 2MgO

  ㉤ CO2 등 질식성 가승와 접촉시에는 가연성 물질인 C와 유독성인 CO가스가 발생한다.

         2Mg + CO2 → 2MgO + C

         Mg + CO2 → 2MgO + CO

  ㉥ 사염화탄소(CCl4)나 C2H4ClBr 등과 고온에서 작용시에는 맹독성인 포스겐(COCl2) 가스가 발생한다.

  ㉦ 가열된 마그네슘을 SO2 속에 넣으면 SO2 가 산화제로 작용하여 연소한다.

         3Mg + SO2 → 2MgO + MgS

  ㉧ 질소 기체 속에도 타고 있는 마그네슘을 넣으면 직접 반응하여 공기나 CO2 속에서 보다 활발하지는 않지만 연소한다.

         3Mg + N2 → Mg3N2

③ 저장 및 취급방법

  ㉠ 가열, 충격, 마찰 등을 피하고 산화제, 수분, 할로겐 원소와의 접촉을 피한다.

  ㉡ 분진폭발의 위험이 있으므로 분진이 비산되지 않도록 취급시 주의한다.

④ 소화방법 : 일단 연소하면 소화가 곤란하나 초기 소화 또는 대규모 화재시는 석회분, 마른 모래 등으로 소화하고, 기타의

                       경우 다량의 소화분말, 소석회, 건조사 등으로 질식소화한다. 특히, 물, CO2, N2, 포, 할로겐 화합물 소화약

                       제는 소화 적응성이 없으므로 절대 사용을 엄금한다.

⑤ 용도 : 환원제(Grignard 시약), 주물 제조, 섬광분, 사진 촬영, 알루미늄 합금에의 첨가제 등으로 이용

마. 철분 (Fe)

  철분이라 함은 철은 분말로서 53㎛의 표준체를 통과하는 것이 50wt% 미만인 것은 제외한다.

① 일반적 성질

  ㉠ 비중 : 7.86, 융점 : 1,535℃, 비등점 : 2,750 ℃

  ㉡ 회백색의 분말이며 강자성체이지만 766℃ 에서 강자성을 상실한다.

  ㉢ 공기중에서 서서히 산화하여 산화철(Fe2O3)이 되어 은백색의 광택이 황갈색으로 변한다.

        4Fe + 3O2 → 2FeO3

  ㉣ 강산화제인 발연질산에 넣었다 꺼내면 산화피복을 형성하여 부동태가 된다.

② 위험성

  ㉠ 연소하기 쉽고 기름이 묻은 철분을 장기 방치하면 자연발화의 위험이 있다. 특히 미세한 분말일 수록 작은 점화원에

       의해 발화, 폭발한다.

  ㉡ 뜨거운 철분, 철솜과 브로민이 접촉하면 격렬하게 발열반응을 일으키고 연소한다.

         2Fe + 3Br2 → 2FeBr3

  ㉢ 가열되거나 금속의 온도가 높은 경우 더운 물 또는 수증기와 반응하면 수소가 발생하고 경우에 따라 폭발한다.

        또한 묽은 산과 반응하여 수소가 발생한다. ★★

      2Fe + 2H2O → Fe2O3 + 3H2

      Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

      2Fe + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2

  ㉣ KClO3, NaClO3 와 혼합한 것은 약간의 충격에 의해서 폭발하며 HClO4와 격렬히 반응하여 산화물을 만든다.

③ 저장 및 취급방법

  ㉠ 가열, 충격, 마찰 등을 피한다.

  ㉡ 산화제와 격리하고 수분의 접촉을 피한다.

  ㉢ 직사광선을 피하고, 냉암소에 저장한다.

④ 소화방법 : 주수엄금, 마른 모래, 소금분말, 건조분말, 소석회로 질식소화한다.

⑤ 용도 : 각종 철화합물의 제조, 유기합성시 촉매, 환원제 등으로 이용한다.

바. 금속분

  금속분이라 함은 알칼리금속, 알칼리토금속, 철 및 마그네슘 이외의 금속분을 말하여, 구리, 니켈분과 150㎛의 체를 통과

  하는 것이 50wt% 미만인 것을 제외한다.

① 알루미늄분(Al)

㉮ 일반적 성질

  ㉠ 녹는점 : 660℃, 비중 : 2.7, 연성(퍼짐성), 전성(뽑힘성)이 좋으며, 열전도율, 전기전도도가 큰 은백색의 무른 금속으로

       진한 질산에서는 부동태가 되며 묽은 질산에는 잘 녹는다.

  ㉡ 공기 중에서는 표면에 산화피막(산화알루미늄)을 형성하여 내부를 부식으로 부터 보호한다.

        4Al + 3O2 → 2Al2O3

  ㉢ 다른 금속 산화물을 환원한다. 특히 Fe3O4와 강렬한 산화반응을 한다.

         3Fe3O4 + 8Al → 4Al4O3 + 9Fe (테르밋 반응)

㉯ 위험성

  ㉠ 알루미늄 분말이 발화하면 다량의 열이 발생하며, 불꽃 및 흰 연기를 내면서 연소하므로 소화가 곤란하다.

        4Al + 3O2 → 2Al2O3

  ㉡ 대부분의 산과 반응하여 수소가 발생된다. (단, 진한질산 제외)

        2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2

  ㉢ 알칼리 수용액과 반응하여 수소가 발생한다.

        2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2

  ㉣ 제1류 위험물 같은 강산화제와의 혼합물은 약간의 가열, 충격, 마찰에 의해 발화 폭발한다.

  ㉤ 물과 반응하면 수소가스가 발생한다. ★★

         2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2

㉰ 저장 및 취급방법

  ㉠ 소량인 경우 유리병에 저장, 대량인 경우 양철통에 넣은 후 나무상자에 보관한다.

  ㉡ 산화제, 과산화물류, 알칼리, 아민류, 유기산, 강산 등과의 접촉을 피하고 용기는 차고 건조하며 통풍이 잘 되는 안전한

       곳에 저장한다.

  ㉢ 가열금지, 직사광선 차단, 화기를 엄금하고, 충격과 마찰을 피한다.

  ㉣ 용기는 밀폐하여 보존하고, 물과 반응하므로 습기의 차단과 빗물 등의 침투에 항상 주의하여 보관한다.

㉱ 소화방법 : 화재시 CO2, 건조 소금분말, 마른 모래 등으로 질식 소화하며, 누설된 증기에 대해서는 물분무에 의하여

                       회수하여야 한다. 특히, 연소생성물이 대단히 유독하므로 보호장구의 착용은 필수이다.

㉲ 용도 : 도료, 인쇄, 전선 등에 이용

② 아연분 (Zn)

㉮ 일반적 성질

  ㉠ 비중 : 7.142, 융점 : 420 ℃, 비점 : 907 ℃

  ㉡ 흐릿한 회색의 분말로 양쪽성 원소이므로 산, 알칼리와 반응하여 수소가 발생한다.

  ㉢ 황아연광을 가열하여 산화아연을 만들어 1,000℃ 에서 코크스와 반응하여 환원 시킨다.

        2ZnS + 3O4 → 2ZnO + 2SO2

        ZnO + C → Zn + CO

  ㉣ 아연분은 공기 중에서 표면에 흰 염기성의 탄산아연의 얇은 막을 만들어 내부를 보호한다.

        2Zn + CO2 + H2O + O2 → Zn(OH)2 · ZnCO3

  ㉤ KCN 수용액과 암모니아수에 용해되며, 산소가 존재하는 물과 반응하여 수산화아연과 과산화수소를 생성한다.

  ㉥ 아연이 산과 반응하면 수소가스가 발생한다. ★★

        Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

        Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

㉯ 위험성

  ㉠ 공기 중에서 융점 이상 가열 시 연소가 잘 된다.

        4Zn + O2 → 2ZnO

  ㉡ 하이드록실아민, 염소산염류, 과염소산염유와 혼합한 것은 가열, 충격 등으로 발화, 폭발하며, NH4NO3와의 혼합물에

       소량의 물을 가하면 발화의 위험이 있다.

  ㉢ 석유류, 황 등의 가연물이 혼입되면 산화발열이 촉진된다. 따라서, 윤활유 등이 혼입되면 기름의 특성에 따라 자연발화

       의 위험이 있다.

㉰ 저장 및 취급방법 : 직사광선, 높은 온도를 피하며, 냉암소에 저장한다.

㉱ 소화방법 : 화재 초기에는 마른 모래 또는 건조분말로 질식소화하며, 물, 포에 의한 냉각소화는 적당하지 않다.

㉲ 용도 : 연막, 의약, 도료, 염색 가공, 유리 화학반응, 금속 제련 등에 이용

③ 안티몬분(Sb)

  ㉮ 일반적 성질

    ㉠ 비중 : 6.68, 융점 : 630 ℃, 비점 : 1,750 ℃, 은백색의 광택이 있는 금속으로 여러가지의 이성질체를 갖는다.

    ㉡ 진한 황산, 진한 질산 등에는 녹으나 묽은 황산에는 녹지 않는다.

    ㉢ 물, 염산, 묽은 황산, 알칼리 수용액에 녹지 않고, 왕수, 뜨겁고 진한 황산에는 녹으며, 뜨겁고 진한 질산과 반응을

         한다.

          2Sb + 10HNO3 → Sb2O3 + 5NO2 + H2O

  ㉯ 위험성

    ㉠ 흑색 안티몬은 공기 중에서 발화한다.

    ㉡ 무정형 안티몬은 약간의 자극 및 가열로 인하여 폭발적으로 회색 안티몬으로 변한다.

    ㉢ 약 630℃ 이상 가열하면 발화한다.

  ㉰ 저장 및 취급방법 : 직사광선, 높은 온도를 피하며, 냉암소에 저장한다.

  ㉱ 소화방법 : 화재 초기에는 마른 모래 또는 건조분말로 질식소화하며, 물, 포에 의한 냉각소화는 적당하지 않다.

  ㉲ 용도 : 활자의 주조, 베어링 합금, 촉매 등에 사용

④ 지르코늄분 (Zr)

  ㉮ 일반적 성질

    ㉠ 비중 : 6.5, 융점 : 1,850 ℃, 비점 : 4,400 ℃, 물리적으로 단단하고 겉모양은 은백색의 스테인리스와 유사하다.

    ㉡ 강도가 매우 크고 내부식성이 있어 유용한 금속재료로 쓰인다.

  ㉯ 위험성

    ㉠ 불화수소산과 반응하여 수소가 발생한다.

       Zr + 7HF → H3ZrF7 + 2H2

    ㉡ 실온의 공기 중에서 산화피막을 형성하여 반응성은 적으나 분말이거나 가열하면 활성을 가지며 발화하여 이산화지르

         코늄(ZrO2)이 된다.

    ㉢ 이산화탄소 중에서도 연소한다.

  ㉰ 저장 및 취급방법 : 직사광선, 높은 온도를 피하며, 냉암소에 저장한다.

  ㉱ 소화방법 : 화재 초기에는 마른 모래 또는 건조분말로 질식소화하며, 물, 포에 의한 냉각소화는 적당하지 않다.

  ㉲ 용도 : 합금, 섬광탄의 내관, 전자관 부품재료 등

【지정수량 : 1,000㎏】

사. 인화성 고체

  인화성 고체라 함은 고형 알코올과 그 밖에 1기압에서 인화점이 40℃ 미만인 고체를 말한다.

① 고형 알코올

  ㉮ 합성수지에 메탄올을 혼합, 침투시켜 한천상으로 만든 것이다.

  ㉯ 30℃ 미만에서 가연성 증기가 발생하기 쉽고 인화하기 매우 쉽다.

  ㉰ 가열 또는 화염에 의한 화재의 위험이 매우 높다.

② 메타알데하이드 [metaldehyde, (CH3CHO)4]

  ㉮ 분자량 : 176, 인화점 : 36℃, 융점 : 246℃, 비점 : 112 ~ 116 ℃, 무색의 침상 또는 판상의 결정이다.

  ㉯ 물에 녹지 않으며 에테르, 에탄올, 벤젠에는 녹기 어렵다.

  ㉰ 증기는 공기보다 무거워서 낮은 곳에 체류할 위험이 있다.

  ㉱ 80℃에서 일부 분해되어 인화성이 강한 액체인 아세트알데하이드로 변해 더욱 위험해진다.

③ 제삼뷰틸알코올 [tert-butyl alcohol, (CH3)3COH]

  ㉮ 분자량 : 74, 인화점 : 11℃, 유점 : 25.6℃, 비점 : 83℃, 무색의 고체로서 물보다 가볍고 물에 잘 녹는다.

  ㉯ 정뷰틸알코올에 비해서 알코올로서의 특성이 적고 탈수제에 의해 가연성 기체로 변하여 더욱 위험해진다.

  ㉰ 상온에서 가연성의 증기 발생이 용이하고 증기는 공기보다 무거워서 낮은 곳에 체류하며 밀폐공간에서는 인화폭발의

       위험이 크다.

  ㉱ 연소 열량이 커서 소화가 곤란하다.

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1. 산화 · 환원의 개념

  ▣ 산화 · 환원 반응(酸化 · 還元反應, Redox, reduction-oxidation)은 원자의 산화수가 달라지는화학반응이다. 산화·환원

       반응은 화학종 사이의 실제 또는 형식적인 전자 이동을 특징으로 하며, 가장 흔히 한 종(환원제)은 산화(전자 손실)를

       겪고 다른 종(산화제)은 환원(전자획득)을 겪는다.

       전자가 제거된 화학종은 산화되었다고 하고 전자를 얻은 화학종은 환원되었다고 한다.

  ◈ 산화(Oxidation)는 분자, 원자 또는 이논이 산소를 얻거나 수소 또는 전자를 '잃는' 것을 말한다.  

  ◈ 환원(Reduction)은 분자, 원자 또는 이온이 산소를 잃거나 수소 또는 전자를 '얻는' 것을 말한다.

 

  ▣ 산화, Oxidation, Oxygen을 즉, 산소를 추가했다고 생각할 수 있다. 산화는 산소와 결합하는 반응이다.

       산소는 전기음성도가 2번째로 세다. 불소(F)가 제일 세고, 산소와 결합하면 산소는 전자쌍을 자기 쪽으로 끌어 당기는

       힘이 무척 센 원자이기 때문에 산소에게 전자를 빼앗겼다는 것이다.

       산화를 예전에는 산소와 결합에 초점을 두었다면 요즘은 전자를 빼앗기는데 초점을 둔다. 환원은 산화와

       완전히 반대되는 개념이다. 결합되었던 전자를 다시 회복하는 반응이다.

  ▣ 산화, 환원 반응의 동시성은 어떤 물질이 산화되었다는 것은 전자를 빼앗겼다는 이야기이다. 그럼 전자를 빼앗아간

       물질이 있을 것이다. 전자를 내놓는 물질이 있으면 반드시 전자를 얻는 물질이 동시에 그 주변에서 일어 날 수 밖에

       없다는 것이다. Na 고체와 Cl2 기체가 만나면 NaCl 고체가 즉 소금이 생기는데 엄청난 양의 빛을 내면서 소금이 생긴

       다. 이 때 Na는 전자를 잃고 Cl은 전자를 얻는 즉, Na는 산화되고 Cl은 환원되고 산화되는 반응을 산화 반쪽 반응, 환원

       되는 반응만 쓰는 것을 환원 반쪽 반응이라고 한다.

2. 산화수 (출제빈도 높음) ★★★

가. 산화수

  ▣ 물질을 구성하는 원소의 산화상태를 나타낸 수 (= 물질의 산화된 정도를 나타내는 수)

 

  ▣ 산화, 환원 반응을 숫자로 계산하려고 만들어 낸 개념이 산화수이다.

  ▣ 철은 철 원소만 있을 때는 전하량이 없으니까 "0"이다. 그런데 산소와 결합했다면 산소는 전자 2개를 빼앗는 것이 기본

       인데 산소가 3개 이니까 전자 6개가 부족하다.

       따라서, 철 하나당 전자 3개를 담당하여 전체적으로 "0"이 되어 화합물이 되는 것이다.

       철은 0에서 +3이 되었으니 전자를 잃어 산화된 것이고

       산소는 0에서 2-가 되었으니전자를 얻어 환원된 것이다.

나. 산화수의 정의

  ▣ 산화수 (Oxidation Number, 또는 산화 상태)

     ⊙ 공유결합에서 모든 전자가 전기음성도가 큰 원자에 속한다는 가정하에 원자에 임의로 할당된 전하

  ▣ 반응 전후에 한 원자의 산화수를 비교하면 원자들이 전자를 얻었는지 또는 잃었는지를 알 수 있음

  ▣ 반드시 이온 전하를 의미하지는 않는다는 것에 유의해야 함

  ▣ 산화 - 환원 반응에서 전자의 추적에 도움을 주는 단순하고 편리한 방법임

  ▣ 물의 경우에는 H2O는 H2와 O가 공유결합을 한다. 이 때 전자를 산소쪽으로 살짝 당겨지긴 하지만 그렇다고 수소가

       완전히 전자를 잃어 버린 것은 아니다. 공유결합은 이온결합 처럼 전하수가 주고 받는 것이 명확하지 않으므로 이럴 때

       는 전자를 얻는 것인지 잃는 것인지 모호할 수 있다.

       따라서 공유결합한 두원자 중에서 전기음성도가 큰 원자가 전자를 가져갔다고 본다.

       그래서 산소가 최외각 껍질 전자가 6개가 있었는데 수소의 전자 2개를 가져가 산소는 전자가 8개가 된다.

       산화수는 원래의 원자 최외각 전자수 빼기, 공유 전자를 전기음성도가 센 원자가 전자를 가져간다고 가정했을 때,

       이 전자수를 빼서 계산하면 6 - 8 = -2 가 된다.

       수소는 최외각 전자가 1개 있는데 이것을 빼앗겼으니까 전자가 없는 것과 마찬가지가 되었다.

       그래서 수소는 1 - 0 = +1 이 된다.

       이것이 산화수 개념이다.

다. 산화수 규칙

 

  ▣ 홑 원소 물질로 된 원소상태에 있는 물질들은 산화수가 모두 "0"이다.

       이 물질은 다른 물질과 결합한 것이 아니므로 전자를 빼앗기거나 가져오지 않은 상태이다.

       그런데 이 물질, 원자 하나가 이온화를 하면 단원자 이온에서 원자의 산화수는 그 이온이 가지는 전하수와 같다.

       원자 하나가 이온이 되었을 때 산화수는 그 물질의 전하수이다.

 

  ▣ 다원자 이온일 때는 물(H2O)을 예로 들면, 다원자 이온이나 분자화합물이 있을 때는 물은 산소가 전자를 세게 당기므

       로 산소는 특별하지 않은 경우 산화수는 -2이다.

       대부분의 산소는 최외각 껍질 전자가 6개로 전자 2개를 가져 오므로 산소는 -2, 수소는 +1이 된다.

  ▣ 그런데 O-H 라는 수산화이온은 왜 생겼을까 ?

       산소가 -2 이고, 수소가 +1이고 나트륨은 +1이기 때문에 특별하지 않을 때는 산소원자 하나와 수소원자 1개와 나트륨

       1개가 결합하여 수산화나트륨 (NaHO)이 되지만, 무슨 일에 의해서 인지는 모르지만 Na - O - H의 분자구조에서 Na가

       떨어져 나가 Na+가 되고 O-H- 의 불완전한 이온이 되는 경우가 있다.

       이렇게 하여 생긴 이온이 수산화이온 (OH-)이 된다.

       암모니아는 수소보다 질소가 전자를 당기는 힘이 세서 수소가 +1, 질소가 -3이 된다.

 

  ▣ 수소는 최외각 껍질 전자수가 1개인데

       첫번째 껍질은 전자가 최대 들어가 봐야 2개가 들어 가므로 여기에 전자가 하나 있다는 것은 반만 채워진 개념이다.

       수소는 주기율표에서 자신보다 왼쪽에 있는 금속과 만나면 이들 금속보다 전자를 세게 당기니까 수소가 마이너스(-)로

       작용하고 오른쪽에 있는 비금속을 만나면 전자를 세게 당기지 못하므로 전자를 잃어 플러스 (+)로 작용한다.

       따라서 수소의 산화수는 +1 이거나 -1이다.

       그런데 수소가 탄소와 결합할 때에는 비극성, 무극성 공유 결합이 된다.

       이들간에는 전자의 쏠림현상이 없다.

 

  ▣ 산소는 일반적으로 산화수가 -2이다. 그런데 그렇지 않은 경우가 있다.

       OF2 라는 분자이다. 불소 (F)는 전기음성도에서 범접 불가이다. 전기형성도가 무조건 제일 세다.

       불소(F)는 어느 물질에서든 전자를 항상 빼앗아 오는 물질이다.

       그리고 최외각 전자가 7개라서 항상 산화수는 -1이다.

       그런데 불소(F) 2개가 있으니 산화수는 +2가 된다.

       산소는 일반적으로 전자를 빼앗는 -2의 역할을 하지만 불소를 만나면 전자를 빼앗기는 +2 의 역할로 변한다.

  ▣ H2O2는 산소보다 전자를 못 빼앗으므로 오히려 산소보다 전기 음성도가 작으니까 수소 +1 이 2개 있고

      원래 산소는 -2가 되어야 하는데 수소가 줄 수 있는 전자가 없어서 -1개 짜리 2개인 과산화, 불안정한 물질이 된다.

 

  ▣ 할로젠, F, Cl, Br, I 는 일반적으로 산화수 -1을 갖는다.

       17족 원소이니까 최외각 전자수가 7개 있다.

       그런데 Cl2O라는 분자로 있을 때는 F, Cl, Br, I 계열 원소중 F는 산소보다 전기 음성도가 크지만

       Cl, Br, I 는 산소(O)보다 전기음성도가 크지 않다.

       따라서 Cl2O 에서 O는 -2이고 Cl 원자 하나가 +1을 가질 수 밖에 없다.

       F를 제외한 Cl, Br, I 는 산소(O)와 만나면 상황이 달라진다.

 

  ▣ 중성인 분자에서는 산화수 합이 분자가 되고 H2SO4에서 분자면 "0"이 되고

       산화수의 합이 "0"이 되어야 한다. 따라서 합이 "0"이 되려면 S는 +6이 된다.

  ▣ 다원자 이온에서는 산화수 합이 알짜 전하수와 같다.

 

  ▣ ClO4-, 과염소산 이온인데 여기에서 산소는 일반적인 경우로 산화수가 -2이고

       산화수의 합이 -1이 된다는 것이다. 그러면 Cl은 +7이 되어야 한다.

  ① 자유상태에 있는 원자, 분자의 산화수는 "0"이다.

       ex : He, Cl2, O2, N2

  ② 단원자 이온의 산화수는 이온의 전하와 같다.

       ex : Cu2+ : 산화수 +2, Cl- : 산화수 -1

  ③ 화합물 안의 모든 원자의 산화수 합은 "0"이다.

       ex : H2SO4 : (+1×2) + (+6) + (-2×4) = 0

  ④ 다원자 이온에서 산화수 합은 그 이온의 전하와 같다.

       ex : MnO4- : (+7) + (-2×4) = -1

  ⑤ 알칼리 금속, 알칼리토금속, A족 금속의 산화수는 +1, +2, +3 이다.

  ⑥ 불소화합물에서 불소의 산화수는 -1, 다른 할로겐은 -1이 아닌 경우도 있다.

  ⑦ 수소의 산화수는 금속과 결합하지 않으면 +1, 금속의 수소화물에서는 -1 이다.

       ex : HCl, NH3, H2O, NaH, MgH2, CaH2, BeH2

  ⑧ 산소의 산화수 = -2, 과산화물 = -1, 초과산홤루 = -1/2, 불산화물 = +2

       ex : Na2O, Na2O2, NaO2, OF2

  ⑨ 주족 원소 대부분은 [A +1] [A +2], [A족 +3], [A족 ±4], [A족 -3, +5]

       [A족 -2, +6], [A족 -1. +7]

3. 산화제와 환원제

 가. 산화제와 환원제

  ① 산화제 : 자신은 환원되면서 다른 물질을 산화시키는 물질, 즉, 자신은 환원되고 남을 산화시킴

  ② 환원제 : 자신은 산화되면서 다른 물질을 환원시키는 물질, 즉, 자신은 산화되고 남을 환원시킴

  ③ 산화제의 조건

     ㉠ 전자를 얻기 쉬울 것 : 17족 (F2, Cl2, Br2, I2)

     ㉡ 산화수가 큰 원자를 가질 것 (MnO2, KMnO4, K2Cr2O7)

  ④ 환원제의 조건

     ㉠ 전자를 내기 쉬울 것 : 금속 (K, Na, Ca)

     ㉡ 산화수가 작은 원자를 가질 것 (C, SCl2, H2S)

나. 산화력, 환원력의 크기

  ▣ 산화(산화수 증가)되는 물질 ⇒ 환원제이고 환원력이 세다.

  ▣ 환원 (산화수 감소)되는 물질 ⇒ 산화제이고 산화력이 세다.

     ※ 주기율표와 관계

 

다. 산화수와 산화 · 환원의 관계

  ① 산화 : 산화수가 증가하는 반응 (전자를 잃음)

  ② 환원 : 산화수가 감소하는 반응 (전자를 얻음)

4. 산화 · 환원 방정식 (산화수법)

  ① 산화수를 조사하여 산화수의 증가, 감소량을 구한다.

  ② 산화 반쪽 반응식 : Fe2+ → Fe3+ + e-         ……………… ㉠

       환원 반쪽 반응식 : 5e- + MnO4- → Mn2+   ……………… ㉡

      ㉠ × 5 : 5 Fe2+ → 5Fe3+ + 5e-                ………………… ㉢

      ㉡ + ㉢ : 5Fe2+ + MnO4- → 5Fe3+ + Mn2+       ………… ㉣

  ③ 산소 원자의 개수는 H2O로 맞춰준다. 따라서 ㉣에서 우측에 4몰의 H2O를 더해 준다.

        5Fe2+ + MnO4- → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

  ④ H2O로 인해 수소 원자 개수를 왼쪽의 H+로 맟춰준다.

        5Fe2+ + MnO4- + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

5. 전기화학

가. 금속의 이온화 경향

  ▣ 금속원소는 여러가지 비금속 원소나 원자단과 화합물을 만든다.

       화합물 중의 금속원자는 전자를 잃어 버리고 양이온으로 된다. 이 처럼 금속원자는 한개 또는 수개의

       최외각 전자를 잃어 양이온이 되려는 성질이 있다. 이를 이온화 경향이라 한다.

 

나. 금속의 이온화와 화학적 성질

  ① 금속의 반응성 : 금속이 비금속과 화합할 때 금속은 양이온이 되고, 비금속은 음이온이 된다.

                                 따라서 금속 단체가 반응하는 경우, 전자를 상대에게 주고 양이온이 되는 반응을 한다.

                                 그러므로 일반적으로 이온화 경향이 큰 금속일수록 반응하기 쉬운 금속에 속한다.

   <참고> 이온화 경향이 큰 금속은 화학반응이 활발하고, 역으로 이온화 경향이 작은 금속은 화학반응을 잘 안한다.

  ② 공기 중의 산소와의 반응 : 이온화 경향에 따라 다음과 같이 반응한다.

      ㉠ K, Ca, Na, Mg : 상온의 건조된 공기 중에서 산화한다.

      ㉡ Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, Cu : 습한 공기 중에서 산화되고 건조한 공기 중에서는 표면만 산화된다.

      ㉢ Hg, Ag, Pt, Au : 공기중에서는 변화가 없다.

  ③ 물과의 반응 : 이온화 경향에 따라 다음과 같이 반응한다.

      ㉠ K, Ca, Na : 상온에서 물과 격렬하게 반응하여 수산화물이 생성되고, 수소가 발생한다.

      ㉡ Mg, Al, Zn : 찬물과는 반응하지 않으나 더운 물 또는 수증기와 반응하여 수소가 발생한다.

      ㉢ Fe는 고온에서 고온의 수증기와 반응하며 가역반응을 한다.

다. 화학전지

  ▣ 자발적 산화 · 환원 반응을 이용하여 화학에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치로서, 다시 말해서 화학변화를 이용하여

       전자를 흐르게 하는 장치를 말한다.

라. 화학전지의 종류

  ① 볼타 전지 : 구리는 수소 보다 이온화 경향이 작아 반응하지 않는다. 아연은 수소보다 반응성이 크기 때문에 묽은 황산

                          과 반응하여 아연이 산화되고 (전자 잃음) 수소이온이 수소기체로 환원된다.

       (-) Zn Ⅰ H2SO4 Ⅰ Cu (+), E° = 1.1 V

 

    ㉠ (-)극 아연판 : 질량 감소 : Zn → Zn2+ + 2e- (산화)

    ㉡ (+)극 구리판 : 질량 불변 : 2H+(aq) + 2e- → H2 (g) (환원)

    ㉢ 전체 반응 : Zn + 2H+ → Zn2+ + H2

  <참고> 분극작용

 

  ⊙ 위 그림은 Cu판 표면에 H2 기체가 발생하므로 전지의 기전력이 떨어진다. 따라서 이러한 분극작용을

       없애기 위해서 MnO2와 같은 감극제를 상용한다.

 

 <참고> 염다리 (Salt bridge)란 ?

  ◈ 다른 이온 또는 물질과 반응하지 않는 NaNO3 (aq) 같은 전해질 용액을 채운 U자 모양 유리관으로 만들며, 전극에서

       산화와 환원반응이 일어나면 염다리에서 이온이 이동하여 전기적으로 중성을 유지한다.

 

  ◈ 왼쪽 전극에서는 산화반응(전자 2개 잃음), 오른 쪽 전극에서는 환원반응 (전자 2개 얻음)이 동시에 일어나며, 전자는

        외부 회로를 통해 이동하게 된다.

       염다리 - NaNO3는 Na+와 NO3-로 이온화되는데 왼쪽 전극에서 산화반응이 일어나서 전자는 외부 회로를 통해 이동

       하게 되므로 전기적으로 + 전하이고 이때 전기적 중성을 유지시키기 위해 NO3- (음이온)이 이동을 한다. 반대쪽 (오른

       쪽)에서도 마찬가지 반응이 일어난다.

 

     ◈ 두 반쪽 전자가 다공성 유리판이나 염다리로 분리되어 있다.

  ② 다니엘 전지 : 분극현상이 나타나는 볼타전지의 단점을 보완하여 개발

           (-) Zn Ⅰ ZnSO4 Ⅰ CuSO4 Ⅰ Cu(+), E° = 1.1 V

 

    ㉠ (-)극 아연판 : 질량 감소 : Zn → Zn2+ + 2e- (산화)

    ㉡ (+)극 구리판 : 질량 증가 : Cu2+ + 2e- → Cu (환원)

    ㉢ 전체 반응 : Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu

  ③ 건전지

       (-) Zn Ⅰ NH4Cl Ⅰ MnO2, C(+), E° = 1.1 V

 

    ㉠ (-)극 아연 : Zn → Zn2+ + 2e- (산화)

    ㉡ (+)극 탄소 : 2NH4 + 2e- → 2NH3 + H2 (환원)

        ※ 건전지에서 NH4Cl은 전해질, MnO2는 감극제로 사용

  ④ 납축전지

        (-) Pb Ⅰ H2SO4 Ⅰ PbO2, E° = 2.0 V

 

   ㉠ (-)극 (Pb판) : Pb(s) + SO42- (aq) → PbSO4 (s) + 2e- (산화)

   ㉡ (+)극 (PbO2판) : PbO2 (s) SO42- (aq) + 4H+ (aq) + 2e-

        PbSO4 (s) + 2H2O (l) (환원)

   ㉢ 전체 반응

     이와 같이 납축전지는 충전과 방전이 가능한 2차 전지이다.

     반면 건전지와 같이 충전이 어려운 전지를 1차 전지라 한다.

  ⑤ 전기분해

    ▣ 전해질 수용액이나 용융 전해질에 직류 전류를 통하면 그 전해질은 두 전극에서 화학변화를 일으킨다.

         이를 전기분해라 한다.

 

       그러나 이온화 경향이 큰 이온이나 몇 가지 원자단은 방전하기 어려워 대신 수용액 중 H+ 이나 OH- 이 방전한다.

         (K, Na, Ca, Ba, SO4, CO3, PO4, NO3은 방전하기 어렵다)

   ㉠ 소금물의 전기 분해

 

  ◈ 소금물 : NaCl + H2O → Na+ + Cl- + H2O

       (-)극 : 이온화 경향이 작은 것이 석출

                  2H2O (l) + 2e- → H2 (g) + 2OH- (aq-)

       (+)극 : 원자단과 아닌 것이 있으면 아닌 것이 석출,

                  같은 원자단이면 OH- (O2↑)이 석출

                 2Cl- (aq) → Cl2 (g) + 2e-

       <전체반응> 2Cl- (aq) + 2H2O (l) → Cl2 (g) + H2 (g) + 2OH (aq)

          ex : A 족 (Na, K), A 족 (Ca) 등은 물과 반응한다.

   ㉡ CuSO4 용액의 전기분해

 

   ◈ CuSO4 → Cu2+ + SO4

       (-)극에서는 Cu2+이 방전되어 Cu로 극판에 석출된다.

          Cu2+ + 2e- → Cu

       (+)극에서 SO42-은 방전되지 않고 이 이온의 작용으로 구리판이 산화된다.

          Cu - 2e- → Cu2+

       두 극을 백금(Pt)을 사용하면 (-)극에서는 구리가 석출되고, (+)극에서는 SO42-이 방전되지 않고 물이 방전되어

       산소 (O2)가 발생하는 것은 묽은 H2SO4 용액을 전기분해할 때 (+)극에서 일어나는 방전과 같다.

          2 H2O - 4 e- → 4 H+ + O2

마. 페러데이 법칙

  ① Q = it

    여기서, Q : 통해준 전기량 (쿨룽), i : 전류 (Ampere), t : 통해준 시간 (sec)

    [제1법칙] 같은 물질에 대하여 전기분해로써 전극에서 일어나는 물질의 (화학변화로 생긴) 양은 통한 전기량에 비례한

                    다.

    [제2법칙] 일정한 전기량에 의하여 일어나는 화학변화의 양은 그 물질의 화학당량에 비례한다.

  ② 전기량의 단위 : 전기량은 전류의 세기 (Ampere)에 전류가 통과한 시간을 곱한 값과 같다.

                                 1A의 전류가 1초 동안 흐른 전기량을 1 C(쿨룽)이라 한다.

                                  i (A)의 전류가 t초 동안 흐르는 전기량 Q는 다음과 같이 표시한다.

          Q [C] = i [A] × t [sec]

          5 [A]의 전기량이 한시간 동안 흐른 전기량은 다음과 같다.

          Q = 5 × 3,600 = 18,000 [C]

   ▣ 각 극의 석출량 :

       ⊙ 전자 1[mol], 1 [F], 96,500 [C]의 전하량 = 1.6 × 10-19C/개 × 6.02 × 1023 개 / mol : 1g 당량

       ⊙ 농도, 온도, 물질의 종류에 관계없이 1패럿, 즉, 96,500 [C]의 전기량으로 1g 당량의 원소가 석출된다.

#전기분해 #볼타전지 #다니엘전지 #이온 #납축전지 #산화반응 #환원반응 #산화제 #산화수 #환원제

#아연 #구리 #염화나트륨 #페러데이

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1. 산과 염기

  ▣ 산 (酸, acid) : 수용액 중에서 해리하여 수소이온을 생성하고 염기(鹽基)와 중화하여 염(鹽)을 만드는 물질.

                             예를 들면 염화수소(HCl)을 물에 녹이면 해리하여 오늄 이온인 하이드로늄(옥소늄)이온 H3O+ 을 생성

                             하고 산이 되는 것을 뜻한다. 신맛의 원인이 바로 수소 이온/하이드로늄 (옥소늄) 이온이다.

   ⊙ 산이란 물에 용해되어 H+를 내는 화학종이다.

   ⊙ 산이란 수소 이온을 잃는 화학종이다.

   ⊙ 산이란 용매의 양이온을 형성하는 물질이다

   ⊙ 좁은 의미로는 카복실기 있는 화합물만을 뜻하기도 한다(접미사가 -산(-acid)이다).

  ▣ 염기(鹽基, base)는 수용액에서 수산화 이온을 내거나 수소이온을 흡수하는 물질을 말한다.

       흔히, 알칼리라고 부르며 산에 대응되는 물질로 서로 중화반응을 일으켜 염과 물을 만든다.

       염기는 금속 산화물이다. 염기는 전해질이며 대체로 쓴맛이 나고, 손에 닿으면 단백질을 녹이는 성질 때문에

       미끈거린다. 염기 물질은 보통 수소이온지수가 7 이상이다.

       대표적인 염기는 강한 염기로 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화 칼슘 (Ca(OH)2) 등이 있고,

       약한 염기로 암모니아수(NH4OH), 수산화 마그네슘 (Mg(OH)2)이 있다.

 가. 산의 성질

   ① 수용액은 신맛을 낸다.

   ② 수용액은 푸른색 리트머스 종이를 붉은 색으로 변화시킨다.

   ③ 많은 금속과 작용하여 수소 (H2)가 발생한다.

   ④ 염기와 작용하여 염과 물을 만든다.

        Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

        Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

나. 염기의 성질

   ① 쓴 맛이 있고, 수용액은 미끈 미끈하다.

   ② 수용액은 붉은 리트머스 종이를 푸르게 변화시킨다.

   ③ 산과 만나면 산의 수소 이온 (H+)의 성질을 해소시킨다.

   ④ 염기중 물에 녹아서 OH- 을 내는 것을 알칼리라 한다.

라. 산과 염기의 개념

  ▣ 아레니우스 (Arrhenius)의 산과 염기

    ① 산 : 수용액 중에서 수소 이온 (H+)을 내놓는 물질

    ② 염기 : 수용액 중에서 수산화 이온 (OH-)을 내놓는 물질

  ▣ 브뢴스테드 - 로우리 (BrØnsted-Lowry)의 산과 염기

    ① 산 : H+ (양성자)을 내놓는 물질 (양성자 주게)

    ② 염기 : H+ (양성자)을 받아 들이는 물질 (양성자 받게)

    ③ 양쪽성 물질 : 양성자를 받을 수도 있고, 양성자를 낼 수도 있는 물질

       ex : H2O, HCO3-, HS-, H2PO4-, HPO4-, HPO42-

  ▣ 루이스 (Lewis)의 산과 염기

    ① 산 : 비공유 전자쌍을 제공받는 물질 (전자쌍 받게)

    ② 염기 : 비공유 전자쌍을 제공하는 물질 (전자쌍 주게)

<산·염기에 대한 여러가지 개념>

                 분류
학설
염기
아레니우스설
수용액에서 H+ (또는 H3O+)을 내놓는 것
수용액에서 OH-를 내놓는 것
브륀스테드설
H+ 을 줄 수 있는 것
H+을 받을 수 있는 것
루이스설
비공유 전자쌍을 받는 것
비공유 전자쌍을 가진 것 (제공하는 것)
 

마. 산화물 (출제빈도 높음) ★★★

  ▣ 물에 녹으면 산·염기가 될 수 있는 산소와의 결합물을 산화물이라 한다.

    ① 산성 산화물 (무수산) : 물과 반응하여 산이 되거나 또는 염기와 반응하여 염과 물을 만드는  비금속 산화물을

                                             산성 산화물이라 한다.

         ex : CO2 + H2O → H2CO3 (탄산) ⇔ 2H+ + CO32-

    ② 염기성 산화물 (무수염기) : 물과 반응하여 염기가 되거나 또는 산과 반응하여 염과 물을 만드는 산화물을

                                                    염기성 산화물이라 한다.

        ex : CaO + H2O → Ca(OH)2 ⇔ Ca2+ + 2OH-

    <참고> 산성산화물은 비금속의 산화물, 염기성 산화물은 금속의 산화물이다.

           CO2, SO3, N2O5는 물에 녹아 H2CO3, H2SO3, HNO3가 되어 산이 된다.

          또한, Na2O, CaO는 물에 녹아 NaOH, Ca(OH)2가 된다,

   ③ 양쪽성 산화물 : 산에도 녹고 염기에도 녹아서 수소가 발생하는 원소(Al, Zn, Sn, Pb 등)를 양쪽성 원소라 하며,

                                  이들의 산화물 (Al2O3, ZnO, SnO 등)을 양쪽성 산화물이라 한다.

                                  이들은 산 · 염기와 작용하여 물과 염을 만든다.

  <참고> 양쪽성 산화물 ⇒ 산 · 염기와 반응

              양쪽성 원소 Al, Zn, Sn, Pb의 산화물은 산과 염기와 반응하여 염이 된다.

             ※ 알(Al), 아(Zn), 주(Sn), 납(Pb) ? 양쪽성 물질

2. 산과 염기의 당량

 가. 산의 당량

   ▣ 염산(HCl) 1몰이 만드는 수소 이온 (H+)은 1g 이온 (아보가드로수 6.02 × 1023개의 이온)이며

        황산(H2SO4) 1몰이 만드는 수소 이온 (H+)은 2g 이온이 된다.

  나. 염기의 당량

      ▣ 수산화나트륨(NaOH) 1몰이 만드는 수산 이온 (OH-)은 1g 이온이다.

           수산화 칼슘(Ca(OH)2) 1몰이 만드는 수산이온 (OH-)은 2g 이온이다.

 <참고> 원자가와 당량

   ▣ 대부분의 물질을 구성하고 있는 기본이 되는 화학적 본질을 원소라 한다. 각 원소의 원자량은 원자량이 12인 탄소-12

        를 기준으로 하여 비례적으로 결정한다. 한 원소의 원자가는 원자가를 1로 하는 수소원자의 결합력을 기준으로 비례

        적으로 결정한다. 즉, 원자가가 +3인 어느 원소는 화합물에서 3개의 수소원자를 대신할 수 있으며, -3가인 원소는 3개

        의 수소원자와 반응할 수 있다.

 

  ▣ 원소의 당량은 그 원소의 원자량을 원자가로 나눈 값으로 정의된다.

    1. 원자 및 이온의 당량 = 원자량 / 원자가

         ex) Ca2+ 당량 = 40 / 2 = 20

                Mg2+ 당량 = 24 / 2 = 12

 

     2. 분자(화합물)의 당량 = 분자량/양 이온의 가수

         ex) CaCO3 당량 = 100 / 2 = 50

               CaSO4 당량 = 136 / 2 = 68

 

    3. 산의당량 = 분자량 / H+의 수, 염기의 당량 = 분자량 / OH-의 수

         ex) HCl 당량 = 36.5 / 1 = 36.5

               H2SO4 당량 = 98 / 2 = 49

               NaOH 당량 = 40 / 1 = 40

               Ca(OH)2 당량 = 74 / 2 = 37

 

   4. 산화제 및 환원제의 당량 = 분자량 / 주고 받은 전자수

        ex) KMnO4 당량 = 158 / 5 = 31.6

             K2Cr2O7당량 = 294 / 6 = 49

 

    ◈ 과망간산의 경우  :  MnO4- + 8 H+ + 5e- ⇒ Mn2+ + 4 H2O

 

    ◈ 중크롬산칼륨의 경우  :   Cr2O72- + 14 H+ + 6e- ⇒ 2Cr3+ + 7 H2O

 

  산 : 물에 용해되어 H+이온을 제공해주는 물질 (HCl, HNO3, H2SO4, H3PO4)

     ◈ 강산 : 수용액에서 완전히 해리되는 강전해질인 산 (HClO4, H2SO4, HBr, HCl, HNO3)

     ◈ 약산 : 부분적으로만 해리되는 약전해질인 산 (CH3COOH), HF, H3PO4 HNO2)

 

  염기 : 물에 용해되어 OH-이온을 제공해주는 물질 (NaOH, Ba(OH)2, KOH)

     ◈ 강염기 : 수용액에서 해리되어 OH이온을 내어놓는 정도가 강한 염기 (NaOH, KOH, Ba(OH)2, Ca(OH)2)

     ◈ 약염기 : 암모니아는 그 일부가 물과 반응하여 NH4+와 이온을 내놓기 때문에 약염기이다.

     ◈ 전해질 : 물에 녹아 이온성 용액을 만드는 물질

 

<산화와 환원>

  산화 : 산소-산소와 화합하는 현상

            수소 - 수소화합물에서 수소를 잃는 현상

            전자 - 전자를 잃는 현상

            원자가 - 원자가(산화수)가 증가되는 현상

            산화제 : 하나 또는 그 이상의 전자를 얻으며 자신은 환원되고 원자의 산화수가 감소한다.

 

  환원 : 산소- 산화물에서 산소를 잃는 현상

             수소-수소와 화합하는 현상

             전자-전자를 받아들이는 현상

             원자가-원자가(산화수)가 감소되는 현상

             환원제 : 하나 또는 그 이상의 전자를 잃으며 자신은 산화되고 원자의 산화수는 증가한다.

3. 산과 염기의 세기

가. 전해질과 비전해질

  ① 전해질 : 수용액 상태에서 전기가 통하는 물질이고 수용액에서 이온화하는 물질이다.

                     ex : NaCl → Na+ + Cl-

  ② 비전해질 : 물에 녹았을 때 이온으로 나누어지지 않는 물질로서, 주로 공유결합 화합물이다.

나. 이온화도

  ▣ 전해질 수용액에서 용해된 전해질의 몰수에 대한 이온화된 전해질의 몰수의 비 (이온화 : 양이온과 음이온으로 분리)

    ※ 같은 물질인 경우 이온화도는 온도가 높을 수록, 전해질의 농도가 묽을 수록 커진다.

4. 물의 이온적과 수소 이온 농도

가. 물의 이온적

  ▣ 물은 상온에서 이온화되어 다음과 같이 평형 상태를 유지한다.

 

나. 수소 이온 농도

  ▣ 수용액에서의 수소이온농도는 매우 작기 때문에 pH로 산성도를 나타내는 것이 편리하다.

        pH는 수소이온에 물 농도의 음의 대수값으로 정의된다.

  ※ 수소 이온 지수

    ◈ 수소이온농도의 역수를 상용대수로 나타낸 값을 pH라 하며 이것을 수소이온지수라고 한다.

         수소이온지수를 사용하면 용액의 산성, 염기성을 더욱 간단한 값으로 나타낼 수 있다.

 

5. 산 · 염기의 중화 반응

가. 중화반응과 염

  ▣ 염산 수용액에 수산화나트륨 수용액을 더해 가면 염산의 산성은 차츰 약해져서 나중에는 산성도 알칼리성도 아닌 중성

      이 되어 버린다. 이와 같은 반응을 중화반응이라 하며 중화로 생성된 물질 (이 반응에서는 NaCl)을 염이라 한다.

나. 중화적정과 염

  ① 중화반응 : 산과 염기가 반응하여 물과 염이 생성되는 반응

    ㉠ 중화반응의 알짜 이온 방정식 : H+ (aq) + OH- (aq) ⇒ H2O (l)

    ㉡ 중화반응에서의 양적 관계 : 산과 염기가 완전히 중화되면 산이 내놓는 H+ 의 몰수와 염기가 내놓는 OH- 의 몰수가

                                                      같다.

            * nMV   =   n' M'V'

            여기서, n, n' : 가수, M, M' : 몰 농도, V, V' : 부피

    ※ 여러 가지 지시약의 변색 범위 : 지시약의 변색 범위란 지시약의 색깔이 점차 변하는 pH 영역이다.

        몇 가지 중요한 지시약들의 색깔과 변색 범위는 다음 표와 같다.

 

   ◈ pH 측정 : 정확한 pH를 측정할 때는 pH미터를 사용한다.

   ◈ 페놀프탈레인

       ⊙ 산성, 중성 ⇒ 무색

       ⊙ 염기성 ⇒ 붉은 색

       ⊙ 변색 범위 : 8.3 ~ 10.0

       ⊙ 강한 염기로 중화 적정할 때 쓰인다.

  ② 염의 의의 및 종류 : 염이란 산의 음이온과 염기의 양이온이 만나서 이루어진 이온성 물질이다.

    ㉠ 산성염

       ⊙ 산의 H+ (수소 원자) 일부가 금속으로 치환된 염을 산성염이라 한다.

           ex : H2SO4 + NaOH ⇒ NaHSO4 + H2O (황산수소나트륨 + 물)

                  H2CO3 + KOH ⇒ KHCO3 + H2O (탄산수소칼륨 + 물)

   ㉡ 염기성염

      ⊙ 염기 중의 OH- 일부가 산기(할로겐)로 치환된 염을 염기성염이라 한다.

           ex : Mg(OH)2 + HCl ⇒ Mg(OH)Cl + H2O (하이드록실 염화 마그네슘)

 

      <참고> 산성염 ⇒ H+을 포함하는 염,

       염기성염 ⇒ OH- 을 포함하는 염

       H2SO4 의 H 1개가 Na로 치환되어 NaHSO4 로 된 염을 산성염이라 한다.

   ㉢ 정염

      ⊙ 산 중의 수소 원자 (H) 전부가 금속으로 치환된 염을 정염이라 한다.

          ex : NaOH + HCl ⇒ NaCl + H2O

                 2NaOH + H2SO4 ⇒ Na2SO4 + 2H2O (황산나트륨 + 물)

   ㉣ 복염

      ⊙ 두가지 염이 결합하여 만들어진 새로운 염으로서 이들 염이 물에 녹아서 성분염이 내는 이온과 동일한 이온을 낼 때

           이 염을 복염이라 한다.

       ex : K2SO4 + Al2(SO4)3 + 24 H2O ⇒ 2 KAl(SO4)2 · 12 H2O (칼륨알루미늄배반 + 물)

             이 때 성분염이 물에 녹아서 내는 이온 K2SO4 ⇒ 2K+ + SO42-

                                                                          Al2(SO4)3 ⇒ 2Al3+ + 3SO42-

             생성염이 물에 녹아서 내는 이온 2KAl(SO4)2 ⇒ 2K+ + 2Al3+ + 4SO42+

             성분염과 생성염은 물에 녹아서 동일한 이온을 내므로 KAl(SO4)2는 복염이다.

   ㉤ 착염

      ⊙ 성분염과 다른 이온을 낼 때 이 염을 착염이라 한다.

           ex : FeSO4 + 2KCN ⇒ Fe(CN)2 + K2SO4

                  Fe(CN)2 + 4KCN ⇒ K4Fe(CN)6 (시안화철()산 칼륨)

                 이 때 성분염이 물에 녹아서 내는 이온 Fe(CN)2 ⇒ Fe2+ + 2CN-

                                                                             4KCN ⇒ 4K+ + 4CN-

                 생성염이 물에 녹아서 내는 이온 K4Fe(CN)6                ⇒     4K+   +          Fe(CN)64-

                                                                    시안화철()산 칼륨                               시안화철()산 이온

                 즉, 성분염과 생성염은 물에 녹아서 동일한 이온을 내지 않으므로 K4Fe(CN)6 은 착염이다.

다. 염의 가수분해

   ▣ 염으로 부터 해리되어 나온 이온이 물과 반응하여 H3O+ 이나 OH-을 내는 반응이다.

라. 완충 용액

   ▣ 적정곡선에서 알 수 있는 것 처럼 중성에 가까운 수용액에서는 염산이나 수산화나트륨을 소량 가하면 pH가 크게

       변한다. 그러나 약산에 그 약산의 염을 혼합한 수용액에 소량의 산이나 염기를 가해도 pH는 그다지 변화하기 않는다.         이런 용액을 완충용액이라 한다.

<참고> 완충용액 ⇒ 산이나 염기를 가해도 pH가 거의 일정

   ◈ 약산에 염을 혼합한 용액은 산이나 염기를 가해도 별로 pH가 변화하지 않는다. 이것은 전리 평형과 공통 이온에 의해

        평형 이동을 응용한 것이다.

#산 #염기 #중성 #산화제 #환원제 #중화반응 #원자가 #산성염 #복염 #정염 #착염 #전해질 #이온화도

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【 목 차 】

1. 산화와 환원

2. 산화수

3. 산화 환원 반응의 종류

4. 산화 환원 반응의 완결

1. 산화 환원 반응

가. 산화 환원 반응의 정의

 

▣ 산화, Oxidation, Oxygen을 즉, 산소를 추가했다고 생각할 수 있다. 산화는 산소와

    결합하는 반응이다. 산소는 전기음성도가 2번째로 세다. 불소(F)가 제일 세고, 산소와

    결합하면 산소는 전자쌍을 자기 쪽으로 끌어 당기는 힘이 무척 센 원자이기 때문에

    산소에게 전자를 빼앗겼다는 것이다. 산화를 예전에는 산소와 결합에 초점을 두었다면

    요즘은 전자를 빼앗기는데 초점을 둔다. 환원은 산화와 완전히 반대되는 개념이다.

    결합되었던 전자를 다시 회복하는 반응이다.

▣ 산화, 환원 반응의 동시성은 어떤 물질이 산화되었다는 것은 전자를 빼앗겼다는 이야기

    이다. 그럼 전자를 빼앗아간 물질이 있을 것이다. 전자를 내놓는 물질이 있으면 반드시

    전자를 얻는 물질이 동시에 그 주변에서 일어 날 수 밖에 없다는 것이다. Na 고체와 Cl2

    기체가 만나면 NaCl 고체가 즉 소금이 생기는데 엄청난 양의 빛을 내면서 소금이 생긴

    다. 이 때 Na는 전자를 잃고 Cl은 전자를 얻는 즉, Na는 산화되고 Cl은 환원되고 산화

    되는 반응을 산화 반쪽 반응, 환원되는 반응만 쓰는 것을 환원 반쪽 반응이라고 한다.

나. 산화제와 환원제

 

  위 그림과 같이 염소기체가 있는 플라스크에 Na 조각을 조금 넣으면 불이 나면서 반응이

  잘 된다. 발열 반응을 하고 소듐은 염소기체 한테 전자를 빼앗기니까 염소에 의해서 산화

  되고 염소기체는 소듐에 의해서 전자를 얻었으니까 염소기체는 환원된다. Na은 Na+

  되면서 자신은 산화되었다. 그런데 자신이 잃은 전자로 Cl를 환원시켰다. 이 반응에서

  Na를 환원제 (reducing reagent)라고 한다. Cl2는 Na에서 전자를 빼앗아 와서 환원

  되었지만 거꾸로 Na를 산화시켰으므로 산화제, 산화력이 크다 또는 산화성이 있다라고 한다.

다. 산화제 / 환원제가 되는 경향

 

▣ 주기율 표에서 왼쪽 아래쪽에 있는 금속일 수록 전자를 잃기 쉬운 금속이고 오른쪽

    위로 갈수록 전자를 얻으려는 경향이 강한 비금속 물질이다. 오른쪽 위로 갈수록

    산화제 작용하기가 쉽고 왼쪽 아래로 갈수록 환원제로 작용하기가 더 쉽다.

예제1) 다음 반응에서 탄소는 환원되는가 ? 환원되는가 ?

 

[풀이] 메테인(CH4)의 탄소는 수소를 잃고 산소와 결합하게 되므로 산화됨

 

2. 산화수

가. 산화 환원 반응과 산화수

 

▣ 산화, 환원 반응을 숫자로 계산하려고 만들어 낸 개념이 산화수이다.

▣ 철은 철 원소만 있을 때는 전하량이 없으니까 "0"이다. 그런데 산소와 결합했다면 산소

   전자 2개를 빼앗는 것이 기본인데 산소가 3개 이니까 전자 6개가 부족하다. 따라서

   철 하나당 전자 3개를 담당하여 전체적으로 "0"이 되어 화합물이 되는 것이다.

   철은 0에서 +3이 되었으니 전자를 잃어 산화된 것이고 산소는 0에서 2-가 되었으니

   전자를 얻어 환원된 것이다.

나. 산화수의 정의

 ▣ 산화수 (Oxidation Number, 또는 산화 상태)

  ⊙ 공유결합에서 모든 전자가 전기음성도가 큰 원자에 속한다는 가정하에 원자에 임의로 할당된 전하

 ▣ 반응 전후에 한 원자의 산화수를 비교하면 원자들이 전자를 얻었는지 또는 잃었는지를 알 수 있음

 ▣ 반드시 이온 전하를 의미하지는 않는다는 것에 유의해야 함

 ▣ 산화 - 환원 반응에서 전자의 추적에 도움을 주는 단순하고 편리한 방법임

 ▣ 물의 경우에는 H2O는 H2와 O가 공유결합을 한다. 이 때 전자를 산소쪽으로 살짝 당겨

     지긴 하지만 그렇다고 수소가 완전히 전자를 잃어 버린 것은 아니다. 공유결합은 이온

    결합 처럼 전하수가 주고 받는 것이 명확하지 않으므로 이럴 때는 전자를 얻는 것인지

    잃는 것인지 모호할 수 있다. 따라서 공유결합한 두원자 중에서 전기음성도가 큰 원자

    가 전자를 가져갔다고 본다. 그래서 산소가 최외각 껍질 전자가 6개가 있었는데 수소의

    전자 21개를 가져가 산소는 전자가 8개가 된다. 산화수는 원래의 원자 최외각 전자수

    빼기, 공유 전자를 전기음성도가 센 원자가 전자를 가져간다고 가정했을 때, 이 전자수

    를 빼서 계산하면 6 - 8 = -2 가 된다. 수소는 최외각 전자가 1개 있는데 이것을 빼앗겼

    으니까 전자가 없는 것과 마찬가지가 되었다. 그래서 수소는 1 - 0 = +1 이 된다.

    이것이 산화수 개념이다.

다. 산화수 규칙

 

▣ 홑 원소 물질로 된 원소상태에 있는 물질들은 산화수가 모두 "0"이다. 이 물질은 다른

    물질과 결합한 것이 아니므로 전자를 빼앗기거나 가져오지 않은 상태이다. 그런데 이

    물질, 원자하나가 이온화를 하면 단원자 이온에서 원자의 산화수는 그 이온이 가지는

    전하수와 같다. 원자 하나가 이온이 되었을 때 산화수는 그 물질의 전하수이다.

 

▣ 다원자 이온일 때는 물(H2O)을 예로 들면, 다원자 이온이나 분자화합물이 있을 때는

    물은 산소가 전자를 세게 당기므로 산소는 특별하지 않은 경우 산화수는 -2이다. 대부분

    의 산소는 최외각 껍질 전자가 6개로 전자 2개를 가져 오므로 산소는 -2, 수소는 +1이 된다.

▣ 그런데 O-H 라는 수산화이온은 왜 생겼을까 ? 산소가 -2 이고, 수소가 +1이기 때문에

     암모니아는 수소보다 질소가 전자를 당기는 힘이 세서 수소가 +1, 질소가 -3이 된다.

 

▣ 수소는 최외각 껍질 전자수가 1개인데 첫번째 껍질은 전자가 최대 들어가 봐야 2개가

    들어 가므로 여기에 전자가 하나 있다는 것은 반만 채워진 개념이다. 수소는 주기율표에

    서 자신보다 왼쪽에 있는 금속과 만나면 이들 금속보다 전자를 세게 당기니까 수소가

    마이너스(-)로 작용하고 오른쪽에 있는 비금속을 만나면 전자를 세게 당기지 못하므로

    전자를 잃어 플러스 (+)로 작용한다. 따라서 수소의 산화수는 +1 이거나 -1이다.

    그런데 수소가 탄소와 결합할 때에는 비극성, 무극성 공유 결합이 된다. 이들간에는

    전자의 쏠림현상이 없다.

 

▣ 산소는 일반적으로 산화수가 -2이다. 그런데 그렇지 않은 경우가 있다. OF2 라는 분자이다.

     불소 (F)는 전기음성도에서 범접 불가이다. 전기형성도가 무조건 제일 세다.

     불소(F)는 어느 물질에서든 전자를 항상 빼앗아 오는 물질이다. 그리고 최외각 전자가

     7개라서 항상 산화수는 -1이다. 그런데 불소(F) 2개가 있으니 산소는 +2가 된다.

     산소는 일반적으로 전자를 빼앗는 -2의 역할을 하지만 불소를 만나면 전자를 빼앗기는

      +2 의 역할로 변한다.

▣ H2O2는 산소보다 전자를 못 빼앗으므로 오히려 산소보다 전기 음성도가 작으니까 수소

     +1 이 2개 있고 원래 산소는 -2가 되어야 하는데 수소가 줄 수 있는 전자가 없어서 -1개

      짜리 2개인 과산화, 불안정한 물질이 된다.

 

▣ 할로젠, F, Cl, Br, I 는 일반적으로 산화수 -1을 갖는다. 17족 원소이니까 최외각 전자수가 7개 있다.

      그런데 Cl2O라는 분자로 있을 때는 F, Cl, Br, I 계열 원소중 F는 산소보다  전기 음성도가 크지만

      Cl, Br, I 는 산소(O)보다 전기음성도가 크지 않다. 따라서 Cl2O 에서 O는 -2이고

      Cl 원자 하나가 +1을 가질 수 밖에 없다. F를 제외한 Cl, Br, I 는 산소 (O)와 만나면 상황이 달라진다.

 

▣ 중성인 분자에서는 산화수 합이 분자가 되고 H2SO4에서 분자면 "0"이 되고 산화수의

     합이 "0"이 되어야 한다. 따라서 합이 "0"이 되려면 S는 +6이 된다.

▣ 다원자 이온에서는 산화수 합이 알짜 전하수와 같다.

 

▣ ClO4-, 과염소산 이온인데 여기에서 산소는 일반적인 경우로 산화수가 -2이고 산화수의

     합이 -1이 된다는 것이다. 그러면 Cl은 +7이 되어야 한다.

라. 산화, 환원 반응 요약

 

▣ 산화는 전자를 잃고 전자를 잃으면서 산화수가 증가되면서 잃은 전자를 다른 물질에게

     주었으므로 환원제가 된다.

3. 산화 환원 반응의 종류

▣ 산화반응은 여러가지가 있지만 2 이상의 반응물이 하나로 되는 화합반응이 있다. 칼슘과

     산소가 만나서 산화칼슘, 석회가 되는 과정도 칼슘이 산소에게 전자를 빼앗기고 CaO가

      되는 반응이다.

▣ 분해반응은 하나의 반응물이 2 이상의 생성물로 쪼개지는 반응이다. 산화구리가 가열 등을 통해서

     구리와 산소로 분해되는 과정이 그 예이다.

▣ 치환반응이 제일 중요하다. 위 그림에서 파란색 용액이 황산구리 용액이다. 이 용액에

     쇠 못을 넣는다. 황산구리 용액은 황산 2-, 구리 2+이다. 철이 구리 보다 이온화 경향이 크다.

     이온화 경향에 따라 구리가 전자를 버리고 이온화하여 있는데 철이 구리한테 전자 를 주고

     철이 녹아 들어가서 철이 구리와 치환되게 된다. 철과 구리가 원자로 있던 물질이 이온화되고

     이온으로 있던 물질이 원자로 있게 된다.

▣ 연소반응도 빛과 열을 내면서 산소와 결합하여 격렬하게 타는 것이므로 산화반응이 된다.

가. 산화 · 환원 반응의 이용 : 녹슨 철과 용광로

 

▣ 산화반응을 이용하는 것은 녹슨 철을 용광로에 넣은 예를 들어 보자. 철광석(고철)과

     코크스를 용광로에 넣으면 코크스는 산소와 결합하여 일산화탄소(CO)가 된다. 이 때

     철광석 (고철, 산화철)에 있는 산소를 떼어 온다. 철광석은 산소를 잃었으니까 환원이

     된다. 일산화탄소는 이산화탄소(CO2)로 산소의 개수가 많아졌으므로 산화된 것이다.

     이런 과정을 통해 녹슨 철을 다시 사용할 수 있는 철로 재생산하는 것이다.

나. 산화·환원반응의 부작용

 

▣ 산화·환원 반응의 부작용도 있다. 철이 산소, 물을 만나면 녹이 슬어 버린다. 그런데

     녹슨 철의 가장 큰 문제점은 이는 금속이 퇴화되는 과정이다. 철, 쇳덩어리는 녹슬어 버

     리면 손톱으로도 긁히게 된다. 이것이 산화·환원 반응에서 나올 수 있는 부작용이다.

 

▣ 알루미늄은 산소와 결합하여 표면을 Al2O3, 산화알루미늄이 되고 알루미늄 자체만은

     녹는 점이 약 1000[℃] 정도 인데 산화알루미늄은 녹는 점이 2860[℃] 정도가 된다.

     거의 산화알루미늄이 생기면서 보호막을 역할을 하게 되어 알루미늄이 부식되는 것을

     방지하는 효과를 나타내게 된다.

 

▣ 음극화 보호 (Cathodic protection)라는 것은 선박의 경우 바닷물과 접촉을 한다. 바닷물은

     이온이 가득찬 물인데 이와 접촉하면 부식이 잘 된다. 배는 쇠로 만드는데 쇠가 바 닷물과 접촉하면

     쉽게 부식할 수 있다. 페인트칠 할 수도 있지만 그러면 벗겨질 수도 있다.

     이런 경우 부식을 방지하기 위해서 아연 조각을 붙여 놓는다. 아연이나 마그네슘을

     붙여 놓을 수 있는데 주로 아연을 붙여 놓는다. 아연은 철 보다 먼저 부식이 되면서 산화가 되면서

     전자를 내 놓는다. 내 놓은 전자를 계속하여 철에 공급을 하여 철이 전자를 잃고 산화되어야 하는데

     계속 전자를 공급해 주므로 철이 산화되는 것을 막아 주는, 철의 부식을 방지하는 역할을 하게 된다.

 

▣ 연소는 물질이 산소분자간에 급격한 산화·환원 반응을 하는 것이다. 연소는 발열, 에너지

     방출하는 반응이다. 메테인과 산소가 만나게 하면 탄소도 이산화탄소가 되고 산소도  수소를 만나

     물 또는 수증기가 된다. 이런 반응이 일어나는 이유는 원래 산소는 산소원자 로 있을 때는

     같은 산소원자끼리 있으므로 다른 원자의 전자를 끌어 당기지 못한다. 그런 데 이산화탄소를 만나도

     산소가 전기음성도가 크니까 전자를 당기고 수소를 만나도 산 소가 전기음성도가 크니까 전자를 당기고

     산소가 전자를 당기는 힘 자체가 편안해지게 된다. 산소는 전자를 보면 끌어 당기고 싶어서 난리인데

     이산화탄소와 결합하거나 수소와 결합하면서 산소가 전자를 당겨 오기가 쉬워지는 것이다.

     따라서 이런 반응은 폭발적으로 일어나기가 쉽다.

4. 산화 · 환원반응의 완결

가. 반쪽 반응법 (Half reaction method)을 이용한 산화·환원 반응 완결

 

▣ 화학식을 완결하기 위해서 추가할 수 있는 화학종 2개

   ① 반응이 수용액에서 일어 날 경우 화학반응식의 균형을 맞추기 위해 물(H2O)을 추가할 수 있다.

 

  ② 산성 용액에서 반응이 일어나는 경우 반응식의 균형을 맞추기 위해 수소이온(H+)을추가할 수 있다.

        (염기성 용액의 경우 수산화 이온(OH-)을 추가할 수 있다.

 

▣ 위 화학반응식에서 철은 산화수가 +2이다. 그런데 반응을 하여 3+가 됐다. 전자하나를

     잃은 것이 된다. 산소는 특별한 경우 (불소(F)와 결합하거나 수소와 결합하는 경우

     H2O2 같은 과산화물이 되는 경우)가 아니면 산소는 산화수가 -2인데 이런 산소가 7개

     있다. 그런데 전체적으로 산화수가 2- 라고 한다. 그러면 Cr 2개는 +12가 되어야 하고

     이는 결국 Cr하나는 +6라는 것이 된다. +6짜리 Cr이 +3이 되었으니 Cr은 환원반응이

     된다. 이렇게 반응식을 맞추어 간다. 이 반응에서 Cr이 +6짜리가 +3짜리 Cr이 되면서

     환원되고 철은 산화된다는 것을 알 수 있다. 산화·환원 반응은 수용액에서 일어난다고

     가정한다. 따라서 반응의 균형을 맞추기 위해 물을 추가할 수 있다. 왜냐면 반응물에

     산소가 있는데 생성물에는 산소가 없기 때문이다. 따라서 균형을 맞추기 위해 물을

     추가하는 것이다. 그런데 물은 O2-와 H+ 두 개가 만난 것으로 생각하여 산소의 균형을

     맞추기 위해 H2O가 들어 갔더니 반응물 쪽에 H가 필요하게 된다.

▣ 이제 반응식의 균형을 맞추기 위해 H+를 반응물 쪽에 추가할 수 있다.

     생성물에 물(H2O)가 들어 갔으므로 H+를 넣을 수 있고 만약에 염기성 용액에서 균형을

     맞출 경우 OH-를 추가할 수도 있다.

[완결방법 정리]

1. 반응을 산화 반쪽 반응과 환원 반쪽반응으로 나눈다.

2. 반쪽 반응을 산소와 수소를 제외한 나머지 원소들에 대해 균형을 맞춤

3. 양쪽 반응식에 물(H2O) 를 추가하여 산소에 대한 균형을 맞춘다. 각 물질의 산화상태는 변화가 없다.

4. 양쪽 반쪽 반응식에 수소 이온 (H+)을 추가하여 수소에 대한 균형을 맞춘다.

      각 물질의산화상태는 변화가 없다.

5. 양쪽 반쪽 반응식에 전자를 더해 전하 균형을 맞춘다. 전자를 더해 양쪽의 전체 전하가 같도록 해 준다.

6. 만약 산화 반쪽 반응의 전자수와 환원 반쪽 반응의 수가 서로 일치하지 않는 경우,

    양쪽의 전자수가 동일해지도록 한쪽 또는 양쪽 반쪽 반응에 정수를 곱해 준다.

 

7. 마지막으로 균형된 반쪽 반응식을 더한 뒤 양쪽의 전자를 소거하고 나머지 요소들을 표시한다.

<염기성 수용액의 경우>

8. 마지막으로 얻어진 균형식의 수소이온 (H+)마다 양쪽에 수산화 이온 (OH-)을 더해 주고

    두 이온이 결합하여 물(H2O)을 생성하도록 한다.

9. 새롭게 생긴 물 분자로 인해 상쇄되어야 하는 항을 상쇄하여 식을 완성한다.

예제) 과망가니즈(Permanganate) 이온과 아이오딘(Iodide)이온은 염기성 용액에서 반응하여

        이산화 망가니즈[manganese () Oxide] 와 아이오딘 분자 (molecular  iodine)를 생성한다.

         반쪽 반응법을 이용하여 반응식을 완결하여라.

[풀이]

[염기성 용액이므로]

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