11 장 주변공기

1. 11장 주변공기 ᆞ기체 분자 ᆞ압력 ᆞ기체의 부피(온도와 압력의 변화) ᆞ대기의 구성 ᆞ대기의 구조 ᆞ공기와 공해물질 ᆞ오존 문제

2. 2NaN3 2Na(s) + 3N2(g) 450배 증가 2M NaN3 0.1L 3M N2 45L 에어백의 원리 폭발이란 화학반응을 통해 엄청난 양의 기체를 눈 깜짝할 사이에 만들어내는 현상을 이용 예를 들면 다이너마이트와 같은 폭약이 터지면 많은 탄산가스가 한꺼번에 생겨 커다란 폭음과 함께 파괴력을 낸다. Sodium Azide

3. 11.2 기체는 입자들의 무리 공간에 비해 매우 작은 기체 분자

5. 기체 분자들과 그 주위 표면과의 일정한 충돌의 결과 압력은 공기 속에 존재하는 기체 분자수에 직접 비례 압력 = 힘/단위면적 (Newton/m2 = Pa) 분자수 , 충돌 , 압력 고도에 따른 압력의 변화 고도가 높을수록 분자수 ,충돌 , 압력 비행기를 타거나 고산 지대에 올라가면 귀가 아픈 이유는? 11.3 압력

7. Vacuum (Patm) h (76 cm)

8. 표.1 단위 해수면 평균값 기호 mm Hg Torr Atm In.Hg Psi Pa N/m2 수은 밀리미터 토르 기압 수은 인치 제곱인치 당 파운드 파스칼 제곱미터 당 뉴턴 760 760 1 29.92 14.7 101.325 101.325 진공관에 올라온 물의 높이 = 물 표면을 누르는 외부 압력 해수면에서 진공관을 채우는 물의 높이 10m 에베레스트 산 3m 해수면에서 수은의 높이 760mm(760mm Hg) 에베레스트 산 240mm

9. P = a/V 즉, P1V1 = P2V2 최종 압력과 부피 비례상수 초기 압력과 부피 11.4 기체 성질간의 관계 몰수 (n), 부피 (V), 온도 T(K), 압력 (P) 이들 성질들 간의 변화 기체 법칙 1. Boyle의 법칙 일정한 온도에서 주어진 기체 시료의 부피는 압력에 반비례 (액체나 고체에는 적용되지 않는다.)

10. Boyle’s Law Experiment Volume (V) Air Pressure (P) Pump Hydraulic Fluid

11. 부피가 작아지면 분자의 충돌이 더 빈번해져서 압력이 올라간다.

12. 760 mm Hg X 1.00 L V2 = = 3.17 L 240 mm Hg 예제 (Boyle 의 법칙) 압력이 760 mm Hg인 해수면에서 풍선의 부피가 1.00 L이다. 압력이 240 mm Hg 인 에베레스트 산 꼭대기에서 이 풍선의 부피는 얼마가 되겠는가? V1 P1 P2 P1V1 P2 V2 = P1, V1, P2에 값을 넣으면

13. 2. Charles의 법칙 기체의 부피를 절대 온도(absolute temperature)와 연관 기체의 온도가 증가하면 기체의 부피는 비례해서 증가 V = bT즉, V1/T1 = V2/T2

14. V1T2 0.50 L X 348 K = = 0.58 L V2 = T1 298 K 예제 (Charles 의 법칙) 이동하는 피스톤을 가진 실린더의 초기 온도와 부피가 25 oC, 0.50 L이다. 75 oC에서의 부피는 얼마인가? 최종 부피를 알아야 되므로 식에서 V2를 푼다. 다른 값을 식에 넣는다. 모든 온도는 켈빈온도(0C + 273 = K) 임을 명심

15. 3. Avogadro의 법칙 • 부피(V)와 양(n) 사이의 관계 • V ∝ n V/n = k (T,P 일정) • 같은 온도와 압력에서 같은 부피의 기체들은 같은 몰 수를 갖는다. • 산소 기체 1 L의 용기는 같은 온도와 압력에서 He, F2, Ar 또는 다른 기체 1 L 시료와 같은 몰 수를 가진다. • 기체 1 mol은 0 ℃, 1.00 atm에서 22.4 L (표준몰부피, standard molar volume)를 차지한다.

16. P2V2 P1V1 = n2T2 n1T1 기체 법칙의 통합 ᆞ Boyle – Charles - Avogadro의 법칙 이상기체 상태방정식

17. 예제 (기체법칙의 통합) 1.0 atm, 25 0C에서 2.0 L 로 팽창한 풍선이 있다. 그 후 풍선을 0.80 atm, 5.0 0C인 산으로 옮겼다. 이 산 꼭대기에서 풍선의 부피는 얼마인가? 먼저 통합 기체 법칙을 V2에 대해서 푼다. 나머지 값들을 넣는다. 모든 온도는 켈빈(K) 온도로 나타낸다. P1V1T2 1.0 atm X 2.0 L X 278 K V2 = = = 2.3 L T1P2 298 K X 0.80 atm

18. 11.5 대기 ᆞ 대기에 있는 주요 기체와 그 상대 부피를 백 만분율 ppm으로 표시 표.2 기체 부피(%) 공기분자 백만(ppm)개당 분자수 780,830 209,450 9,340 350 18 5.2 4.0 78 21 0.9 0.03 0.0018 0.00052 0.0004 질소(N2) 산소(O2) 아르곤(Ar) 이산화탄소(CO2) 네온(Ne) 헬륨(He) 기타

19. 질소고정 N N NO3- (질산염 화합물) N2 대기의 78% 무색, 무미, 무취, 비 연소성, 화학적으로 비활성 식물이 생존하기 위해 필요한 단백질 합성의 중요한 원소 O2 대기 중 21% 질소보다 큰 반응성 연소, 철의 녹, 페인트의 탈색, 동물 생명의 유지 등에 관여

20. C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 에너지 C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 에너지 호흡 CO2 대기 중 0.03% 광합성을 통해 식물 생장에 필요한 중심 물질 글루코오스를 만든다

21. Ar, Ne, He 비 활성 기체 (매우 안정함) 네온은 네온사인에 사용 비 활성 조건을 요구하는 전자공업에 이용 –아르곤 극 저온제로 사용

22. 11.6 대기 : 층 구조 ᆞ고도가 높아 질수록 낮아지는 압력 – 공기 분자가 적기 때문 ᆞ대류권(troposphere) 지상에서 10Km 모든 지구의 생명체 존재 구름, 비 등 모든 기후 현상이 대류권에서 이루어짐

23. ᆞ성층권(stratosphere) 10~50Km 비행기의 비행 공간 O3존재 (UV 흡수) ᆞ중간 층권, 전리층(이온층) 운석이 유성이 되는 공간 오로라 현상 –빠른 속도로 움직이는 이온 기체 입자들이 이온층에서 빛을 발생하는 결과

24. (이온층) (중간권) (대류권계면) (성층권)

26. 11.7 공기 공해 : 대류권에서 환경 문제 ᆞSO2 호흡기 질병, 폐의 방어력 저하, 심장 혈관 질병 ᆞPM-10 10μm 이하의 직경을 갖는 입자 물질-particulatematter의 약자 기관지 약화, 심장 혈관 질환, 저항력 약화 폐 조직 손상 및 암 발생 원인 ᆞCO 산소를 운반하는 혈액의 기능을 저하 심장과 호흡기 계 기능 저하, 시각적 인식의 저하

27. 체력 감소, 민첩성 감소, 학습능력 저하 심장 혈관 질환, 협심증이나 말초신경 혈관 질환을 가진 사람은 매우 예민 ᆞO3 성층권에서는 UV 흡수 대류권에서는 눈과 폐를 자극하는 공해 물질

28. ᆞNO2 폐, 눈 자극 갈색 스모그의 원인 오존 생성의 전구체로 산성비를 만든다 ᆞPb 오랜 기간 몸에 축적 신장, 간, 신경계 손상

29. O3 + UV O2 + O O2 +O O3 + 열 11.9 오존 감소 : 성층권의 환경 문제 UV-A(320~400nm) UV (280~400nm) UV-B(280~320nm)

30. 염화플루오르화탄소 : 오존 파괴 염화플루오르화탄소(CFC) 프레온 11 프레온 12 무색, 무취, 무독성, 화학적 비활성, 저렴한 가격 독성이 크고 반응성이 큰 암모니아와 이산화황의 대체 물질

31. Cl + CF2Cl CF2Cl2 + UV Cl + O3 ClO + O2 O + O2 O3 + UV ClO + O Cl + O2 ᆞCFC의 오존 파괴 ᆞ촉매 순환 과정

32. PSC ClONO2 + HCl Cl2 + HNO3 ᆞ극 지역에 오존 감소 오존은 왜 남극에서만 큰 감소가 일어나는가? 극 소용돌이 성층권 구름(PSC)