반응형 공업 화학 | 보석 보석의 색은 자연적으로 함유된 불순물로부터 나오며 순수한 상태에서는 맑은 결정의 무색이다. 산화알루미늄의 결정인 강옥은 맑은 결정이며 알루미늄(Al) 이온이 여섯 개의 산소(O) 이온들로 된 cage 안에 있다. 약 1%의 알루미늄 이온이 크롬(Cr) 이온으로 치환되면 그 결정은 루비가 된다. 루비의 색이 붉은 이유는 크롬 이온이 가시광선의 푸른빛 쪽을 흡수하기 때문이다. 불순물이 색을 띠는 다른 보석으로는 에메랄드가 있다. 이 에메랄드의 분자식은 베릴륨 알루미늄 실리케이트(3BeO·Al2O3․6SiO2)이다. 에메랄드는 베릴 결정에 약간의 크롬이 알루미늄과 치환된 보석이다. [표 4]에 출생석과 이들의 내용을 나타내었다. 다이아몬드는 탄소 육각 고리로 이루어져 있으며 각 탄소가 이웃한 4개(흑연에서는 .. Chemistry/생활 속 화학 2020. 2. 16. 공업 화학 | 시멘트와 세라믹 그리고 유리 시멘트, 세라믹 및 유리들은 비결정형 고체들로 모두 높은 온도에서 만들어진다. 이들은 단위체라고 정의될 수 있는 결정구조를 가지고 있지 않다. 우리는 이 세 종류의 물질들을 이용하여 집을 짓는다. 시멘트 시멘트(cement)는 칼슘, 철, 알루미늄, 규소 및 산소가 여러 가지 비율로 섞인 미세한 입자로 구성되어 있다. 시멘트는 물 존재하에 넓은 표면적의 수화된 입자를 형성하고 그들끼리 또는 벽돌, 돌 및 다른 규소물질들과 결합을 이룬다. 시멘트는 탄산칼슘(석회석), 실리카, 규산화알루미늄 광물(고령토 또는 점토) 및 산화철들의 분말 상태를 혼합하여 870℃ 이상의 회전로에서 구워 만든다. 이혼합물의 광물질들이 회전로를 통과하면서 물과 이산화탄소를 잃고 최종적으로 부분 용융 물질인 클링커(clingker).. Chemistry/생활 속 화학 2020. 2. 8. 공업 화학 | 페인트 모든 페인트들은 한 가지 또는 그 이상의 고분자들을 포함하고 있다. 흔히 사용되는 라텍스(latex)와 아크릴 페인트는 결합제(binders)로 쓰이는 첨가 고분자를 포함하고 있다. 페인트 결합제는 분자 그물을 형성하여 칠하려는 표면에 안료(pigment)를 접착시키는 역할을 한다. 유성 페인트에서는 아마인유 같은 건성유 또는 수지가 결합제로 쓰인다. 모든 페인트들은 결합제 이외에 휘발성 용매나 희석제를 갖고 있다. 즉 수성 페인트의 희석제는 물이 사용되고 유성 페인트의 것은 터펜틴과 무기 용제가 사용된다. 라텍스 페인트는 물에서 부분적으로 중합된 스티렌과 부타디엔의 에멀젼이다. 이 라텍스 페인트는 이것을 칠한 직후에 물의 증발과 더불어 에멀젼 상태가 깨지고 이어서 스티렌과 부타디엔의 중합이 일어난다. .. Chemistry/생활 속 화학 2020. 2. 4. 공업 화학 | 고분자의 미래 최근 화학자들은 새로운 고분자들을 합성하기 위하여 많은 노력을 하고 있다. 우주시대를 맞아 전자부품의 보호와 고온에서 견딜 수 있는 특수코팅을 위하여 새로운 고분자들에 대한 필요성이 요구되고 있다. 새로이 만들어진 것들 중에서 폴리아미드는 이산 무수물과 디아민의 다중 축합반응으로부터 만들어진다. 이 고분자들 중에서 어떤 것들은 고온에서 견딜 수 있는 특성을 갖고 있다. 플라스틱 물질들은 끊임없이 연구되는 가운데 개선되고 있다. 어떤 것은 강철 밀도의 15% 내지 20%에 불과하면서도 강철의 강도와 견고함에 못지 않은 것들도 있다. 앞으로는 플라스틱의 강도 개선으로 금속보다도 플라스틱을 더 선호하게 될 것으로 기대한다. 용매의 사용이 필요 없는 새로운 저온 고분자도 개발되고 있다. 그 용도는 “spray-.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 2. 1. 공업 화학 | 고분자 첨가제 요즘 생산되는 플라스틱들은 어떤 용도에 맞추어 다른 물질들을 첨가시켜 사용한다. 예를 들면 GM Corvetts와 Pontiac Fiero의 차체 패널은 강화플라스틱(reinforced plastics)으로 만들기 위하여 고분자의 기질 내에 섬유를 넣어 만든 것이다. 이러한 것들을 흔히 복합물(composites)이라고 말한다. 복합물의 비중은 1.5에서 2로 알루미늄의 2.7, 강철의 7.9, 콘크리트의 2.5와 비교하여 낮은 비중을 갖고 있다. 복합물은 낮은 비중, 높은 강도 그리고 높은 화학적 저항성 때문에 자동차와 비행기 구조물 그리고 스포츠용품 등의 산업에서 많이 사용되고 있다. 강화 플라스틱의 섬유상 물질인 유리섬유는 고강도이고 저밀도이며 뛰어난 화학적 저항성 그리고 좋은 절연성을 갖고 있기 .. Chemistry/생활 속 화학 2020. 1. 29. 공업 화학 | 실리콘 중합체 실리콘 원소는 탄소와 같은 족에 있으며 탄소화합물의 C-C 및 C-H 결합과 유사한 Si-Si 및 Si-H 결합을 가진 많은 화합물들을 형성한다. 또 실리콘은 탄소 특히 산소와 안정한 결합을 형성한다. 이 사실은 실리콘이 산소, 탄소 그리고 수소와 흥미로운 축합 고분자 집단을 만들 수 있다는 것을 의미한다. 1945년 General Electric Research Laboratory에서 E. G. Rochow는 실리콘-구리합금이 유기염화물들과 반응하여 반응성이 큰 화합물인 유기실란(organosilanes)을 만든다는 것을 발견하였다. 이 유기실란은 물과 쉽게 반응하여 염소 원자들을 수산기(-OH)들로 쉽게 치환된 이알코올(dialcohol) 실란 화합물을 생성한다. 이알코올 실란 분자들은 물분자가 분리.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 1. 26. 공업 화학 | PET와 합성섬유 그리고 포름알데히드 수지 두 분자가 결합하면서 물과 더 큰 분자를 생성하는 화학 반응을 축합반응(condensation reaction)이라 부른다. 카르복시산과 알콜이 반응하여 에스테르를 만드는 반응이 축합 반응의 한 예이다. 두 개의 반응 분자가 서로 반응할 수 있는 각각의 작용기를 갖고 있다면 축합반응이 일어나 긴 고분자 사슬을 형성하는 것이 가능하다. PET 테레프탈산과 같이 두 개의 카르복시산을 가진 분자와 에틸렌글리콜과 같이 두 개의 알콜기를 가진 분자는 둘의 말단에서 서로 반응을 할 수 있다. 이런 식으로 n개의 산과 알코올이 반응한다면 폴리에스테르로 알려진 거대한 고분자가 생성된다. 이 고분자가 PET(polyethylene terephthalate)라고 부르는 물질이다. 미국에서는 음료수 병, 편물, 타이어에 넣.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 1. 22. 공업 화학 | 천연고무와 합성고무 Hevea brasiliensis 나무에서 얻는 천연고무는 실험식이 C5H8인 탄화수소이다. 이 천연 고무는 산소가 없는 상태에서 분해가 일어날 때 단량체 2-메틸-1,3-부타디엔(이소프렌), CH2=C(CH3)CH=CH2이 얻어진다. 천연고무는 고무나무를 베었을 때 흘러나오는 라텍스(물에 고무 입자가 유화된 액)로서 취해진다. 고무 입자 침전물은 탄성적이고 물과 섞이지 않을 뿐만 아니라 따뜻하게 하면 매우 끈적끈적한 수지 덩어리가 된다. 1839년에 Charles Goodyear(1800～1860)는 천연고무에 대한 연구로서 황과 함께 수지고무를 가열하여 더 이상 끈적끈적하지 않고 여전히 탄성적이면서 방수 성질도 있는 물질의 생산에 성공하였다. Goodyear가 발견한 가황고무는 천연고무의 고분자 사슬.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 1. 19. 공업 화학 | 폴리에틸렌과 폴리스티렌 첨가 고분자를 만들기 위한 단량체들은 근본적으로 한 개 또는 그 이상의 이중결합을 갖고 있다. 이 계의 가장 간단한 단량체가 에틸렌, CH2=CH2이고 이것의 고분자가 폴리에틸렌이다. 에틸렌은 촉매 존재 하에서 1000～3000atm의 압력과 100～250℃의 온도가 가해질 때 수백만의 분자량을 가진 고분자가 생성된다. 에틸렌의 고분자 생성반응은 항상 탄소 사이의 이중결합에서 결합의 하나가 깨어져서 시작된다. 그 결과 각각의 탄소 원자는 라디칼(radical)을 형성하고 이러한 전자구조는 분자를 강하게 활성화시킨다. 중합의 개시반응(Initiation) 단계는 분자가 불안정하고 쉽게 깨어져 자유 라디칼을 형성할 수 있도록 유기 과산화물과 같은 화학물질과 함께 반응시켜야 한다. 여기서 생긴 자유 라디칼은 .. Chemistry/생활 속 화학 2020. 1. 15. 공업 화학 | 합성 유기 고분자 자연의 생태계는 식물의 셀룰로오즈와 동물의 단백질 등과 같이 다양한 고분자(polymer)들을 만들고 있다. 근대 화학의 발달로부터 인간의 삶에 가장 큰 영향을 미친 것 중의 하나는 석유로부터 유도된 분자에서 고분자를 합성할 수 있었던 것이다. 그리고 오늘날에는 합성 고분자를 사용하지 않고서는 생활할 수 없을 정도에까지 이르렀다. 의복의 대부분이 합성 고분자이고 음식은 고분자 물질에 의해 포장되며 많은 기구나 설비 및 자동차들도 고분자로 만들어진 부품 없이는 만들기 어렵다. 현재 미국에서는 유기 화학공업의 약 80%가 합성 고분자 생산 분야이고 가장 많이 생산되는 50가지의 화학물질 중 절반 가량이 고분자를 제조하기 위해 만들어지고 있다. 플라스틱(plastics)은 중요한 합성 고분자중의 하나이다. 이.. Chemistry/생활 속 화학 2020. 1. 12. 물리화학개론 | 열역학의 법칙 열역학 제0법칙 열역학 제0법칙(zeroth law of thermodynamics)은 열적 평형 상태를 설명하는 법칙이다. "어떤 계의 물체 A와 B가 열적 평형상태에 있고, B와 C가 열적 평형상태에 있으면, A와 도 열평형상태에 있다." 이것은 온도의 존재를 주장하는 것과 같으며 모든 열역학 법칙의 기본이 된다. 이 법칙은 기본적으로 인지되었던 것이나 열역학 제1, 2법칙보다 늦게 포함되었기 때문에 0법칙이 되었다. 열역학 제1법칙 열역학 제1법칙(first law of thermodynamics)은 보다 일반화된 에너지 보존법칙의 표현이다: "어떤 계의 내부 에너지의 증가량은 계에 더해진 열 에너지에서 계가 외부에 해준 일을 뺀 양과 같다. "열역학의 제1법칙은 기본적으로 열역학적 계가 에너지를 .. Chemistry/물리화학 2019. 12. 8. 화학공학개론 | Fick의 확산법칙 - 확산의 수학적 처리개념 TIP 픽의 확산법칙은 열역학에서 확산을 물리적으로 분석하기 위해 19세기 독일의 생리학자 아돌프 오이겐 픽이 1855년에 밝혀낸 법칙이다. 픽의 제1법칙의 도식화 픽의 제1법칙은 입자의 확산유량과 입자의 농도의 변화량과의 관계를 기술한 법칙이다. 계의 부피가 일정하다는 조건 하에서 직교좌표계에서 x축으로 입자가 확산될 때, 두 물리량의 관계는 다음과 같다 Fick 의 제 1법칙(Fick`s first law) 확산의 양은 거리에 따른 농도차(농도기울기)에 좌우된다. 즉, 농도차가 클수록, 거리가 가까울수록 확산의 양은 증가한다. x 지점에서의 확산의 양은, Jx : 확산의 순운동(net flux), D : 확산상수(diffusion coefficient) 확산율(diffusivity), c : 농도차,.. Engineering/화학 공학 | 단위조작 | 유체역학 2019. 12. 5. 이전 1 다음 반응형
