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생활 속 연소, 그 원리는 뭘까?

불이야~ 불이야~! 불이 났을 때, 불을 끄려면, 공기를 차단해야한다는 이야기, 모두 한번쯤은 들어보셨겠죠? 바로, 공기에는 자신은 타지 않으면서 다른 물질을 타게 하는 성질을 갖고 있는 산소가 있기 때문인데요. 공기 중의 산소를 차단하여 연소를 막는 원리. 하지만 산소만 있다고 언제나 연소가 일어나는 건 아니라고 합니다.

이번 포스팅은 연소란 무엇인지, 그리고 생활 속 어디에서 연소현상이 일어나고 있는지 등 연소의 모든 것에 대해 알아보도록 하겠습니다. 

@Max ☢ / http://www.flickr.com/photos/37643027@N00/3114669919


그대 이름은, 연소!

우선, 연소란 무엇인지 간단하게 살펴봅시다!

연소는 어떤 물질이 산소와 급격한 반응을 일으켜 많은 양의 열과 빛을 내는 것을 말합니다. 더 넓게는 불꽃이나 빛을 발하지 않아도 결과적으로 산소와 반응한 물질(산화물)을 만들어 내는 화학변화를 포함하여 이르기도 합니다.

하지만 모든 경우를 통틀어 연소가 일어나기 위해서는 꼭 필요한 연소의 조건이 있습니다.

연소의 조건은 3가지로, 연료, 산소, 발화점을 말하는데요, 이를 연소의 3요소라고 부른답니다. 이 연소의 조건이 하나라도 충족되지 못하면 불은 꺼지게 되는데, 이를 소화라고 부르는 것입니다.

연료 - 나무나 석탄, 석유 등 불을 붙이면 쉽게 타는 화석연료뿐만 아니라 산소와 반응하여 열과 빛을 내는 물질을 통틀어 말합니다.
산소 - 연소에는 일정량 이상의 산소가 있어야합니다. 불이 타오르고 있는 중간에라도 산소가 지속적으로 공급되지 않으면 불꽃이 꺼지게 되죠.
발화점 - 물체가 연소될 때의 가장 낮은 온도를 말하는데, 발화점 이상의 온도가 있을 때 연소가 가능하며, 발화점은 물질에 따라 다릅니다.

여기서 잠깐, 위에서 이야기한 부분을 통해, 공식 하나 머릿속에 기억해두고 가면 좋겠죠?

연소생성물로 연료의 성분원소를 파악한다?!

물질이 연소된 후에는 처음과는 다른 물질이 생성되는데, 이를 연소생성물이라고 합니다. 연소생성물은 연료가 가진 성분원소에 따라 차이가 있는데요, 화석연료는 탄소와 산소 원자가 있어, 연소 후 이산화탄소와 수증기가 생성되고, 황이나 인이 포함된 물질은 연소 후 이산화황 등이 생성됩니다. 

한 가지 예를 들어볼까요? 대표적인 양초의 연소를 살펴보도록 하겠습니다.

양초의 주성분은 파라핀입니다. 파라핀은 탄소와 수소로 이루어져있습니다.
고체인 양초를 가열하면 액체를 거쳐 기체가 되는데, 이 때 파라핀은 탄소와 수소로 나누어지고 이어 공기 중의 산소와 결합을 합니다. 심지와 가까운 곳에서는 탄소 원자 1개와 산소 원자 1개가 결합을 하여 일산화탄소가 생기게 됩니다. 그러나 불꽃의 바깥 부분에서는 일산화탄소가 산소 원자 1개를 더 받아들여 이산화탄소로 변합니다. 한편 탄소와 분리된 수소도 산소와 결합하여이 됩니다.



만약 산소의 공급이 충분하지 않거나 온도가 낮으면 연료가 완전히 연소되지 못하는데, 이러한 현상을 불완전연소라고 합니다. 불완전연소가 일어나면 일산화탄소나 그을음이 발생하게 되는데, 물론 완전연소 시에 발생하는 이산화탄소도 일정량 발생됩니다. 

불완전연소와 관련하여 우리가 알아두면 좋은 이야기 하나! 내일이면 우리가 기다리던 추석연휴가 시작되죠? 추석 때는 집에서 전을 부치는 분들이 많으신데요, 그런 분들이라면 이것을 알아두셔야겠습니다. 가끔 추석음식을 하고난 후 두통이나 메스꺼움 등을 호소하는 분들 있으시잖아요, 이러한 증상은 조리 시 사용한 가스가 불완전 연소했을 때, 혹은 음식을 만들 때 생기는 유해가스 때문이라고 합니다. 

한 신문기사에 따르면 가스가 불완전 연소할 때 발생하는 이산화탄소나 이산화질소는 폐의 산소 부족을 유발하고 폐암 발생의 원인이 될 수 있다고 합니다. 그러니 조리하실 때는 레인지후드를 작동하시거나 자주 창문을 열어 공기를 환기시켜주는 것이 중요합니다.

이번 추석 때는 꼭 잊지 마세요~!


@jurvetson / http://www.flickr.com/photos/jurvetson/6472876377

연소는 어디에 쓰이고 있을까?

우리가 연소에 주목해야할 이유, 바로 연소의 쓰임 때문인데요. 자동차가 앞으로 나가는 것이나 로켓이 빠르게 날아갈 수 있는 것도 연소를 이용한 것이랍니다. 또한 우리의 몸에서도 연소와 같은 작용이 이루어진다는 사실! 우리가 생명을 유지하며 움직일 수 있는 것은 호흡이 이루어지기 때문인데요세포호흡은 생명체가 호흡을 할 때 산소와 반응하여 단계적으로 에너지가 방출되고, 물과 이산화탄소로 분해되는 반응입니다. 호흡과 연소 모두 산화-발열-이화(이산화탄소와 물로 분해)반응을 갖지만 연소고온에서 효소의 도움 없이 한번에 에너지를 방출하며, 호흡낮은 온도에서 효소의 도움을 받아 단계적으로 진행됩니다.  이때 일부는 ATP에 저장되어 여러 작용에 사용되고, 나머지는 열 에너지로 방출되게 되는 것입니다. 연소는 대부분 열 에너지로 방출되죠.

다음으로, 연소의 여러 가지 형태를 더 살펴볼까요? 

분해연소
우리가 흔히 볼 수 있는 연소랍니다. 탄소를 포함하고 있는 나무, 석탄 같은 물질이 열에 의해 분해되면서 생긴 가스가 공기 중의 산소와 섞여 타는 것을 가리킵니다. 나무를 태울 때 가끔 타는 반대쪽으로 가스가 나오며 불꽃을 내거나 솔잎이 탈 때 솔잎에서 가스와 수분이 연소되어 불꽃이 생기는 것이 분해연소랍니다.

@rogerglenn / http://www.flickr.com/photos/rogerglenn/536116871


확산연소
촛불처럼 가스가 퍼져 나가면서 주위의 공기에서 산소를 얻어 이루어지는 연소를 말합니다. 확산 연소는 기체가 퍼져 나가며 공기와 만나는 부분에서만 연소가 일어나기 때문에 완전 연소가 잘 안 되고 불꽃도 약하답니다.

혼합연소
가스와 공기를 미리 혼합하여 연소를 일으키는 것으로 가스렌지나 용접가스 등이 이에 속합니다. 혼합 연소는 가스와 공기가 적당히 섞여 있어 반응이 빠르고 온도가 높습니다. 

자기연소
연소 물질 속에 산소를 가지고 있어 산소가 공급되지 않아도 연소가 일어나는 것을 가리킵니다. 자기 연소는 산화 반응이 강력하고 폭발적으로 일어납니다. 화약이나 폭죽, 로켓의 연료가 이에 속합니다. 

@sarub / http://www.flickr.com/photos/sarub/6611517729


표면 연소
공기가 잘 통하지 않는 잿더미 속에서 숯불이 타는 것처럼 고체의 내부에 연소를 도와 주는 물질인 촉매에 의해 연소가 지속적으로 일어나는 것을 가리킵니다. 

증발 연소
증발한 기체가 공기와 섞여 연소하는 형태를 가리킵니다. 휘발유, 알코올 등의 액체는 보통의 온도에서도 쉽게 증기의 형태로 바뀝니다. 이 증기에 불꽃을 갖다 대면 순식간에 불이 붙습니다. 

산소만 차단한다고 해서, 불이 꺼지는 게 아니라는 거 이제 아시겠죠? 산소가 존재해도 차가운 물을 뿌려 물질의 온도를 발화점 아래로 떨어뜨려 연소를 중지시키기도 하고, 온도가 높더라도 산소와 반응할 물질이 없다면 연소가 중지될테니까요.  

연소에 대해서는 그저 과학 교과서에서만 배운다고 생각했었는데요, 우리 생활 속에도 이처럼 다양한 연소 현상이 일어나고 있다는 사실! 다시 한 번 깨닫게 되네요.^^ 이렇게 하나씩 배우다보면, 실생활 속에서 이 같은 과학적 지식이 도움이 되겠죠? 

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굿가이(Goodguy)

우리 생활 속 과학이야기