연소(화재) - 가연물

연소(화재)

 

오늘은 연소에 대해서 알아보겠습니다.

 

우리가 일상생활에서 쉽게 볼 수 있는 불에는 여러 가지의 이름들이 붙어있습니다.

분명 똑같은 불이지만 사람들에게 이로운 불이 있고,  해로운 불이 있죠.

 

그 중에 이로운 불을 쉽게 '불'이라 부르기도 하고, '연소현상'이라고도 합니다.

반대로 해로운 불을 '화재'라고 합니다.

 

그럼 과연 불이 나기 위한 필수요소는 무엇일지,

그 요소 중에서 어느 조건을 충족하면 불이 더욱 잘 붙을 지에 대해 알아보겠습니다.

 

 

 

 

연소의 필수요소

 

연소현상이 일어나기 위한 필수요소는 가연물, 산소, 점화원이 있습니다.

이를 쉽게 말해서 '연소의 3요소'라고도 부르죠.

 

이 말고도 연소현상을 더 빠르고 활성화해주는 연쇄반응(Radical)도 있지만,

없으면 그만, 있으면 더 잘탄다고 생각하시면 됩니다. 이를 포함하면 '연소의 4요소'라고 부릅니다.

 

먼저 가연물을 알아보겠습니다.

 

 

 

 

가연물의 구비조건

 

가연물은 쉽게 말해서 불이 붙는 물체입니다.

아이러니하게도 화재는 나쁘지만 우린 어떤 가연물이 더 잘 타는 지를 알고 있어야 하죠.

다섯 가지를 알아보겠습니다.

 

< 비표면적 >

 

(□) 이런 정육면체의 나무가 있다고 치면 겉넓이의 값 자체는 높지 않을 겁니다. 하지만,

(▦) 이런 식으로 잘게 잘게 쪼개놓은 수 많은 정육면체들은  위에 있는 정육면체보다 질량은 같지만 표면적이 클 수 밖에 없죠.

 

표면적이 큰 가연물은 그 만큼 열을 많이 받을 수 밖에 없기 때문에 연소가 잘됩니다.

 

< 열전도율(열전도도) >

 

열전도율은 열을 전달하는 능력을 말합니다.

 

"엥? 열전도율이 높으면 연소가 더 잘 되는 거 아닌가?"

라고 생각하실 수 있지만 그 반대로 열전도율이 낮은 가연물들이 연소가 잘 됩니다.

종이와 후라이팬, 이 두가지로 예시를 들겠습니다.

 

두 예시 모두 인화점, 착화점, 발화점이 전부 다르지만

열전도율이 높은 후라이팬은 열을 가하면 열을 가하지 않은 부분까지 뜨거워집니다.

 

하지만 종이는 그렇지 않죠.

열을 가하면 가하지 않은 부분이 뜨거워지지 않고 그 전에 불이 일어나죠.

이 말은 즉 열전도율이 낮다는 의미는 곧 열 축적이 용이하다는 뜻으로 받아들일 수 있겠습니다.

 

< 활성화 에너지 >

 

활성화 에너지는 어떠한 가연물을 활성화 시키는데 필요한 에너지입니다.

'활성화 시킨다'는 말은 즉 '불안정하게 만든다'라는 의미입니다.

 

A 가연물 : Ea = 10J (= A가연물을 불안정하게 만들기 위해 필요한 에너지가 10J이다.)

B 가연물 : Ea = 100J (= B가연물을 불안정하게 만들기 위해 필요한 에너지가 100J이다.)

 

A가연물이 상대적으로 필요한 에너지가 적기 때문에 연소시키기 쉽다는 말로 받아들일 수 있습니다.

그래서 활성화 에너지는 낮을수록 연소되기 쉽습니다.

 

< 화학적 활성도 >

 

화학적 활성도는 '현재 불안정한 정도'를 말합니다.

예를 들어.

 

활성도가 크다 = 불안정하다

활성도가 작다 = 안정하다는 뜻으로

 

화학적 활성도가 큰 가연물이 연소되기 쉽습니다.

 

< 한계산소농도 >

 

'연소가 일어나기 위한 최소한의 산소 농도'를 한계산소농도라 말합니다.

예를 들어.

 

A 가연물은 산소가 10정도 필요함.

B 가연물은 산소가 100정도 필요함.

 

이라는 조건이라면 A 가연물이 더 적은 산소를 필요로 하기 때문에 장소와 조건을 충족시킬 필요가 더욱 적어지는 것이죠.

따라서 한계산소농도는 적을 수록 연소되기 쉽습니다.

 

이렇게 가연물의 구비조건 다섯 가지를 알아봤습니다.

 

반대로 가연물이 될 수 없는 물질 및 반응을 알아보겠습니다.

 

 

가연물이 될 수 없는 물질 및 반응

 

첫 번째는 완전 산화물질 입니다.

완전 산화물질이라는 '산소를 가질 수 있을 만큼 다 받아들인 물질'과 같은 말입니다.

 

이산화탄소(CO2)는 산소를 이미 다 가진 완전한 원소이지만,

일산화탄소(CO)는 산소를 아직 가지지 못한 원소이기에 가연물이 될 수 있는 것입니다.

 

 

두 번째는 질소의 산화반응입니다.

질소의 산화반응 식은 아래와 같습니다.

                                                                            N2 + O2  ->  2NO

질소와 산소는 서로 산화, 환원 반응을 하지만 연소반응이 될 수 없습니다.

 

왜냐하면 연소반응의 가장 중요한 발열반응을 하지 않기 때문이죠.

서로 흡열반응을 하기에 연소반응이 될 수 없습니다.

 

 

세 번째는 비활성 물질입니다.

비활성 물질은 말 그대로 활성을 하지 않는 물질이므로 가연물이 될 수 없습니다.

 

헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar)

 

 

 

 

 

 

이렇게 연소의 필수요소 중 하나인 가연물을 알아봤습니다.

다음엔 산소공급원과 점화원에 대해 알아보겠습니다.

읽어주셔서 감사합니다.

 

 

※PC버전으로 읽으시는 걸 추천드리겠습니다.