반응형 에너지 화학 | 로켓 추진제 - 2부 로켓 추진제의 성질 [표 1]에서는 일반적인 로켓 연료로서 이들의 바람직하지 않은 성질을 나타내었다. 로켓 엔진은 밖으로의 흐름을 조절하는 노즐을 갖도록 설계되었고, 반응 기체는 이 노즐을 통해 빠른 속도로 흘러서 압력이 낮은 곳으로 팽창하게 된다. 표 1 몇 가지 로케트 추진제의 성질 화 합 물 끓는점(℃) 특 성 불소 -188 반응성이 매우 크고 유독하다. 연소에 의해 생성된 불화 수소도 역시 매우 유독하다. 액체 불소는 저온액체로서 다루어야 한다. 산소 -183 반응성이 매우 크지만 불소보다는 작다. 액체산소도 역시 저온액체이다. 사산화질소 21.2 반응성이 매우 크고 유독하다. 끓는점이 낮기 때문에 취급하기가 어려운 액체이다. 수소 -252.8 인화성이 매우 크다. 저온액체로서 다루어야만 한다. .. Chemistry/생활 속 화학 2020. 11. 23. 에너지 화학 | 로켓 추진제 - 1부 로켓 추진 시스템에 사용되는 산화제와 환원제 로켓 엔진에서는 열이 방출되는 발열 반응의 화학 반응이 일어난다. 이 반응열은 기체 반응 생성물을 팽창시킨다. 기체가 뜨거울수록 팽창력이 커지는 것은 모든 기체들이 가지고 있는 기본적인 성질이다. 이처럼 뜨거운 기체 생성물을 생성시키는 모든 화학 반응들은 로켓의 추진 시스템에 사용될 수 있다. 핵 반응로에서 나오는 열도 역시 기체를 뜨겁게 할 수 있기 때문에 사용할 수 있지만 이 분야의 것은 여기서 언급하지 않겠다. 일반적으로 로켓 추진 시스템은 산화제와 환원제를 필요로 한다. 액체 연료를 사용한다면 보통 산화제와 환원제는 점화하기 전까지 안전을 위해서 각각 다른 용기에 따로 저장한다(그림 1 참조) 1932년 이태리인 루이기 크로코는 니트로글리세린과 같은 화.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 11. 10. 에너지 화학 | 자동차에 쓰이는 소모품 휘발유 첨가제 휘발유 첨가제는 연소 효율을 높이기 위하여 사에틸납(TEL)을 첨가해 왔다. 그러나 사에틸납은 납 공해를 일으키기 때문에 이것 대신에 방향족 노킹 방지제를 가솔린에 사용하고 있다. 그리고 이것 외에도 많은 종류의 첨가제가 [표 1]과 같이 가솔린의 성능을 증진시키기 위하여 사용되고 있다. 표 1 휘발유 첨가제들 첨 가 제 화합물의 예 목 적 퇴적방지제 Tricrecyl phosphate(TCP) 폭발을 지연시켜 조기폭발을 막음 산화방지제 Phenylenediamine 과산화물 생성을 막아 엔진노킹 방지 착물형성제 Ethylenediamine 구리와 같은 금속에 촉매작용으로 거대분자의 물질 형성 부식방지제 Trimethylphosphate 엔진금속표면을 도포하여 수분침식 방지 방빙제 Ethy.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 10. 22. 에너지 화학 | 대체 에너지의 개발 - 2부 원자핵 연료 원자핵의 연구는 20세기에 들어와서 활발하게 이루어졌다. 핵에너지를 처음 사용한 것은 세계 2차 대전 동안 맨하탄 계획에 의하여 원자탄을 개발한 것이다. 그 후 원자력의 평화적인 이용정책으로 미국 원자력 위원회의 연구 프로그램이 개발되었고, 이의 결과로 현재 세계 여러 나라에서 원자력 발전으로 전기를 얻고 있다. 현재 전기를 생산하는데 원자핵 에너지의 사용율은 미국보다 유럽이 훨씬 앞서 있다. 예를 들면, 프랑스가 핵반응으로 전기의 약 65%를 공급하는 반면에 미국은 20%에 불과하다. 원자력 발전의 연료는 우라늄이다. 우라늄 원료의 특성은 엄청나게 큰 농축된 에너지를 갖고 있는데, 예를 들면 같은 질량의 석탄에서 나오는 열보다 무려 20,000배 가량의 열을 원자로에서 얻을 수 있다. 앞으.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 10. 4. 에너지 화학 | 대체 에너지의 개발 - 1부 지열 에너지 지열 또는 온천열은 지구 내부가 용융 상태의 용암으로 되어 있어 뜨겁기 때문에 생기는 것이다. 지각을 파고 들어가면 매 킬로미터 당 온도가 평균 25℃씩 증가한다. 지열에 의하여 생기는 간헐천이나 온천지대에서는 건물의 난방에 이를 이용할 수 있다. 미국의 캘리포니아에서는 온천열로부터 상업적 가치가 있는 전기를 생산하고 있는데, 인공적으로 바위에 구멍을 뚫어서 흘러나오는 용암으로부터 물을 순환시켜 열을 얻는다. 미국의 경우 1984년에 생산된 지열은 2.6×1013BTU이었고, 2020년에 이르면 1.85×1016BTU에 이를 것으로 추상된다. 풍력 에너지 풍력 에너지는 바람을 이용한 풍차에서 얻어진다. 지상의 어떤 지역이 태양열에 의해 더워지면 그 지역의 공기가 뜨거워져서 팽창되고 팽창된 공.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 9. 18. 에너지 화학 | 에너지 자원 화석 연료 화석 연료는 석탄, 석유 및 천연가스의 형태를 말하고 지상 또는 지하에서 발견된다. 화석 연료는 지구표면에 무성히 자랐던 식물, 동물들이 지각변동으로 지하에 묻혀 지열과 압력으로 탄화되거나 석유 및 가스화되어 저장된 형태이다. 식물의 성장과정은 탄소 동화작용을 통해서 이루어지는데 탄소동화작용에 필요한 태양 에너지는 지표면에 도달하는 총 태양 에너지의 약 0.02%에 해당하는 광에너지가 식물을 성장시켜 준다. 따라서 화석 연료에 저장되어 있는 에너지는 태양으로부터 온 것이며 화석 연료가 탈 때 화학 에너지가 방출된다. 각 형태의 화석연료에 대한 방출 에너지의 양이 [표 1]에 실려 있다. 표 1. 화석연료의 산화에서 방출되는 에너지 양 연 료 반 응 식 방출되는 에너지 석 탄 C + O2 → C.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 9. 11. 에너지 화학 | 에너지의 기본 원리 넓은 의미에서 에너지는 일을 할 수 있는 능력이다. 어떤 물체가 E라는 크기의 일을 할 수 있는 상태에 있을 때, 이 물체는 E라는 크기의 에너지를 갖고 있다고 말한다. 높은 곳에 있는 물체는 물리적인 의미에서 그 높이에 상응하는 위치에너지를 갖고 있으며, 또 움직이고 있는 물체는 그 속도에 의해서 결정되는 운동에너지를 갖고 있다고 한다. 자연계에는 물질 내에 보유되어 화학 변화에 따라 방출되는 화학에너지, 원자핵의 변환에 따라 생기는 원자에너지를 비롯하여 열에너지 그리고 전자기적 에너지 등 여러 가지 물리적 상태에 따라서 그 크기가 결정되는 많은 에너지가 있다. 1. 에너지와 힘의 정의 에너지의 단위는 일의 단위와 마찬가지로 보통 erg 또는 J(Joule)을 사용한다. 열에너지(열량)에 관해서는 관용.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 9. 7. 사진 화학 | 컬러 사진 - 2부 컬러현상 컬러필름의 각 층을 현상할 때 순서에 의하여 차례로 처리되어야 한다. 즉 시간, 온도, 화학약품의 농도 등은 각 층을 현상할 때 매우 중요하므로 적당한 층에서 반응이 일어나는지 확인하여야 한다. 대부분의 컬러 필름은 1912년 독일 화학자 R. Fischer가 처음 소개한 염료로 색깔을 만드는 과정에 의하여 현상된다. 이 과정의 요점은 현상 물질을 산화하여 염료를 형성하는 물질로 만드는 것인데, 현상물질이 발색제(coupler)라고 부르는 물질과 반응하여 필름의 에멀젼층에 염료를 만든다. 컬러 현상 물질은 일반적으로 아민 치환체인 환원제로서 필름 에멀젼의 현상되지 않은 은을 환원하게 된다. 예를 들면 현상제로 N,N-diethyl-p- phenylenediamine과 같은 물질을 쓰고 있다. 현.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 6. 29. 사진 화학 | 컬러 사진 - 1부 컬러사진의 개척자는 1861년 전자기파의 존재를 처음 이해한 James Clerk Maxwell이라고 볼 수 있다. 그는 세 개의 컬러 필터를 사용하여 피사체를 찍고 세 개의 각기 다른 가시광선 영역이 나타나는 세 개의 흑백 음화를 만들었다. 예를 들어 청색 필터를 사용하면 빛이 청색 필터를 통과하여 피사체의 청색 부분이 검게 나타나게 된다. 청색 음화는 피사체에서 반사된 청색에 의해 검게된 부분에서만 청색빛을 통과시키게 된다. 같은 방법으로 세 개의 음화를 겹쳐서 영상을 화면에 비추게 되면 컬러사진이 보이게 된다. 맥스웰이 우연히 알게 된 이와같은 실험결과는 당시 문헌에 천연색 필름으로 보고되어 있지 않았지만 이것을 최초의 천연색 필름으로 인정하고 있다. 삼원색의 겹침 1611년 De Dominis는 .. Chemistry/생활 속 화학 2020. 6. 24. 사진 화학 | 흑백사진 - 3부 고정 만일 빛에 가장 예민한 곳에 노출된 자유 은만 현상하고 나머지는 현상하지 않는다면 현상되지 않은 할로겐화은은 음화를 빛에 노출시킬 때 다시 감광될 것이다. 이 문제를 해결하기 위하여 알맞은 화합물을 써서 환원되지 않은 할로겐화은을 현상 후 제거시켜야 한다. 따라서 흑백사진의 경우는 고정액으로 티오황산이온(S2O32-)을 많이 쓴다. 티오황산이온은 안정하며 물에 잘 녹고 음이온과 쉽게 착물을 이루어서 필름상의 젤라틴으로부터 잘 씻겨 나간다. 사진 감도 흑백사진에 있어 할로겐화은 다음으로 중요한 성분은 사진 감광 염료일 것이다. 할로겐화은은 청색이지만 고에너지 전자기파, 즉 자외선과 같은 광선에 대하여 대단히 민감하다(그림 1 참조). 만일 할로겐화은만으로 필름을 만들면 청색에만 민감하고 적색, 황색,.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 6. 19. 사진 화학 | 흑백사진 - 2부 잠상의 증폭현상 할로겐화은은 상을 효과적으로 만들어주기 때문에 가장 좋은 감광 재료로 사용된다. 즉 한 개의 광자가 할로겐화은 입자에 감응하면 적어도 네 개의 은 원자를 생성하고 적당한 현상액으로 환원할 때 그 효과가 10억배 이상 증폭된다. 감광된 필름이 현상액에 담구어지면, 은 원자핵(Ag+)을 가진 입자는 은 원자핵이 없는 입자보다 더 빨리 환원된다. 단위 입자당 존재하는 은 원자핵이 많으면 많을수록 반응은 더 빨리 진행된다. 현상액의 온도, 농도, pH, 입자 중에 포함되어 있는 총 원자핵의 수 등과 같은 조건들은 현상의 정도, 시간당 에멀젼 필름에 부착되는 유리된 은의 강도(검게 되는 강도) 등을 결정하게 된다. 현상제는 은이온을 자유 은(Ag0)으로 환원시키는 능력이 있어야 한다. 그리고 감광.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 6. 16. 사진 화학 | 흑백사진 - 1부 영구 영상화의 성공은 1824년 프랑스 물리학자 Nicephore Niepce에 의해서 이루어졌는데, 그는 은염을 포함한 석탄 유도체를 유리판에 도포하는 방법을 사용하였다. 1830년 Niepce의 공동 연구자였던 Louis Daguerre는 구리 표면에 은을 입힌 판 위에 요오드 증기를 쏘여서 감광시키고, 이것을 현상하는데 수은증기를 쓰면 대단히 효과가 있다는 것을 발견하였다. 이 은판 사진영상을 뜨거운 소금물로 씻으면 오래 지속된다는 것도 알게 되었다. 또 현상과정에서도 티오황산나트륨 용액을 사용하여 감광되지 않은 부분을 씻어버림으로써 그 효율성을 높일 수 있었다. 1841년 영국인 William Henry Fox Talbot는 요오드화 은에 의하여 감광되는 감광지를 만들어 Talbot 현상과정을 개.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 6. 11. 사진 화학 | 시각에 관한 화학 시각에 관한 화학 가장 복잡한 영상기기는 눈과 뇌의 복합체이다. 과학자들은 어떻게 눈이 가시광선의 광자들을 하나의 상으로 구성하고 해석하기 위하여 뇌로 보내지는 신호들로 전환시키는지를 이해하는데 상당한 연구가 있었다. 눈의 외부 부분들, 특히 렌즈는 광자를 얇은 화장지 두께의 감광물질, 즉 망막에 집중시킨다. 망막은 두 가지 종류의 감광성 물질 즉 광 수용 세포(photoreceptora cell)인 간상세포와 원추세포를 갖고 있다. 인간의 눈은 약 십억 개의 간상세포와 삼백만개의 원추세포를 포함하고 있다. 원추세포는 밝은 빛에서 작동하고, 또 색에 민감하다. 반면에 간상세포는 희미한 빛에서 작동하며 색깔을 구별할 수 없다. 이것은 바로 달밤에 색깔이 아닌 단지 회색의 명암만이 구별되어지는 이유이다. 눈.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 6. 2. 사진 화학 | 감광성 물질 감광성 물질 광자들에 노출되었을 때 화학적 또는 물리적 변화를 일으키는 물질이다. 영상기기에 사용되는 감광성 물질은 광화학 물질, 광전도체 그리고 인광 물질의 세 가지 형태로 구분되고 이들에 대한 예를 [표 1]에 나타내었다. 광화학 물질은 광자들에 노출되었을 때 화학적 변화를 일으킨다. 대부분의 사진용 필름은 흑백효과를 나타내는 할로겐화은의 광 화학적 변화에 기초를 두고 있다.광전도체들은 빛에 노출되었을 때 전류가 흐르는 실리콘이나 게르마늄 같은 반도체이다. 영상기기의 광 검출기는 빛 신호를 전기 신호로 바꿔주는 광전도체들을 사용하는데 이 전기신호는 다시 상으로 현상된다. 인광 물질들은 고 에너지 광자나 전자선에 의해 들뜨게 되고, 다시 안정화될 때 가시광선의 파장을 방출하는 발광성 물질이다. 발광에는.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 5. 28. 세정제 화학 | 치약 치약 치아의 외부구조는 주로 탄산칼슘과 수산화인산칼슘(인회석)으로 구성되어 있다. 인회석은 산에 의해서 공격받기 쉽다. 어떤 음식류는 인회석을 분해하여 산을 만들기도 한다. 박테리아는 덱스트린이 쌓여 생기는 플라그를 산으로 전환시키기 때문에 이러한 산들에 치아가 노출되지 않도록 식후 치아를 잘 닦아 청결을 유지하는 것이 치아 건강에 무엇보다 중요하다. 치약의 두 가지 주성분은 세정제와 연마제이다. 연마제는 치아 표면의 접착물을 갈아 분쇄하고 세정제는 닦아낸 물질들을 물과 함께 씻어내는 역할을 한다. 치약에 많이 쓰이는 연마제는 수화규사(모래의 일종, SiO2·nH2O), 수화알루미나(Al2O3·nH2O) 그리고 탄산칼슘이 있다. 치아의 외부에 손상을 주지 않고 치아에 붙은 접착물만 선택적으로 갈아버릴 수.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 5. 25. 세정제 화학 | 얼룩 제거제 얼룩 제거제 얼룩을 제거하는 과정은 얼룩의 용해 또는 얼룩과의 화학반응에 의하여 처리할 수 있다. 쵸콜렛이나 지방질 음식에 의해 생긴 얼룩들은 사염화에틸렌(Cl2C=CCl2) 같은 세탁 용매로 처리하면 제거할 수 있다. 좀 더 접착력이 강한 얼룩의 제거는 얼룩과 얼룩제거제 사이의 화학 반응을 이용한다. 예컨대 요오드 얼룩의 제거는 진한 티오황산소다 용액을 쓰면 된다. [표 1]에 몇 가지 얼룩 제거제들을 나타내었다. 얼룩 제거제는 사용하기 전에 제거제가 얼룩이 묻어 있는 천에 손상을 끼치는지의 여부를 먼저 시험해 보아야 한다. 그리고 제거제가 벤젠이나 클로로포름 등과 같은 독성을 가진 유해물질일 경우에는 주의해서 다루어야 한다. [Chemistry/생활 속 화학] - 세정제 화학 | 비누 [Chemist.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 5. 21. 세정제 화학 | 표백제 표백제 표백제는 섬유로부터 색깔을 제거하는데 쓰이는 것이다. 대부분의 표백제 상품은 차아염소산나트륨과 같은 산화제들이다. 또 광택제는 눈에 보이지 않는 자외선을 받아 가시광선 영역의 청색 내지는 청록색을 띠게 하는 물질이다. 표백제와 광택제는 함께 썼을 때 세탁물을 더 깨끗하게 만들기 때문에 세탁소와 가정에서 세탁하기 전에 많이 사용하고 있는 제품들이다. 예전에는 섬유를 햇볕에 말려 공기로 표백하였다. 1786년 프랑스 화학자 베르톨렏(Berthollet)이 염소에 의한 표백법을 개발하였고, 이때부터 대부분의 표백과정에는 차아염소산나트륨을 사용하게 되었다. 차아염소산 나트륨은 염소가스를 수산화나트륨 용액에 통과시켜 제조한다. 그 후 과산화수소가 섬유류 표백에 사용되었고 계속하여 많은 종류의 염소 표백제들.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 5. 19. 세정제 화학 | 기타 세제들 기타 세제들 특수 목적을 위한 세제들이 상품화되어 있다. 예를 들면 간단한 연마 세정제에는 규사나 경석(65~70% SiO2, 10~20% Al2O3)과 같은 연마제와 함께 적당량의 비누 그리고 pH를 증가시키기 위한 염들이 포함되어 있다. 염들은 물과 작용하여 염기성 용액을 만들 목적으로 인산나트륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 피로인산나트륨 등이 쓰인다. 또 향기를 내기 위하여 전나무 기름 등이 첨가된다. 금속세제들은 금속의 산화막을 제거하기 위하여 강산이나 강염기를 함유시킨다. 많은 세정용액에는 사염화에틸렌, 1,1,1-삼염화에탄 등과 같은 여러 종류의 유기용매들이 들어 있다. 그런데 이러한 유기용매들의 증기는 독성이 강하므로 환기가 잘되는 곳에서 주의하여 사용하여야 한다. 배수구용 세척제와 같이 부.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 5. 13. 이전 1 2 3 4 5 ··· 9 다음 반응형
