공기(펌)

[김준성]

2. 공 기

1. 공기의 성분

2. 공기의 성질과 이용

1) 질소와 질소 화합물



우리의 일상 생활에서 질소와 질소 화합물은 어디에, 어떻게 이용되고 있을까?

질소는 화학적으로 매우 안정하여 잘 반응하지 않는다. 그러나 적당한 촉매나 고온의 조건에서는 화학반응을 일으킨다. 질소는 건조 공기 중의 약 78%를 차지하며, 2원자 분자로서 공업적으로는 공기를 분별액화하면 얻을 수 있으며, 화학적으로는 염화암모늄과 아질산나트륨의 혼합액을 70℃로 가열하여 분별증류로 얻는다. 질소는 냄새와 색이 없고 물에 잘 녹지 않는다. 질산염은 생물체 내에서 단백질을 합성하는데 매우 중요한 물질이다.

질소는 암모니아의 합성 원료 이외에도 그 비활성과 저온액체라는 점 때문에 화학․철강․전자공업 분야 등에서 그 수요가 증가하고 있다. 또 식품공업에서는 안전한 냉동용 액체로서도 사용된다.

한편, 질소 화합물로는 자동차의 에어백에 쓰이는 소듐아지드(NaN3), 폭약의 원료로 쓰이는 질산 등이 있으며, 암모니아는 요소 비료의 제조 원료로 쓰인다.






정리 [자료 1]과 [자료 2]는 각각 질소의 어떤 성질을 이용한 것인가?

[자료 1] : 액체 질소의 임계온도는 -147.21℃이며, 임계압력은 33.5atm이다. 끓는점은 l기압에서 -196℃이므로 대기압에서는 -196℃에서 액체로 존재한다. 이렇게 하여 얻은 질소를 -196℃까지 냉각하여 액체질소를 제조한다. 액체질소는 무색 투명하며 유동성이 크다.

[자료 2] : 화학적으로 안정하여 반응성이 거의 없다.

이외에 질소를 우리 생활에 이용한 예를 찾아보자.

질소는 백열등의 충전제, 암모니아의 제조, 폭발물이나 마취제로 쓰이는 일산화이질소(N2O)의 제조 등으로 쓰이며, 액체 질소는 급속 냉동의 냉각제로 이용된다.



결과 정리 1. 그림 (가)의 소다석회 건조관이 필요한 이유는 무엇인가?

염화암모늄과 수산화칼슘의 반응으로 생성된 기체 속에 미량의 수분이 존재하는데, 이 수분을 제거하는 흡수제로 소다석회를 사용한다.

2. 과정 ②에서 발생하는 기체는 무엇인가? 이 때 일어나는 변화를 화학 반응식으로 나타내어보자.

기체 : 암모니아(NH3)

화학 반응식 : NH4Cl(s) + Ca(OH)2(s) → NH3(g) + CaCl2(s) + H2O(l)

3. 과정 ③의 결과, 붉은색 리트머스 종이는 어떻게 변하는가?

푸른색(암모니아가 물에 녹아 염기성이 되므로 리트머스는 푸른색으로 변한다)

4.과정 ③의 결과, 과정 ②에서 모은 기체에 진한 염산을 묻힌 유리 막대를 가까이 대 보면 어떤 현상이 일어나는가? 이 반응을 화학 반응식으로 나타내어 보자.

현상 : 흰색 연기가 발생한다.

화학 반응식 : NH3(g) + HCl(g) → NH4Cl(s)

염화암모늄(NH4Cl)은 공기보다 무거운 고체 입자이지만 매우 미세한 입자로 생성되므로 흰색 연기로 보인다.

5. 과정 ④의 결과와 같은 현상이 나타나는 원리를 설명하여 보자.

암모니아는 물에 매우 잘 녹기 때문에 암모니아의 일부가 물에 녹으면 플라스크의 내부 압력이 낮아져서 물이 플라스크 내부로 빨려 들어간다.






공기 중의 질소와 물을 전기 분해하여 얻은 수소로부터 암모니아를 직접 합성한 하버와 보슈(Bosch, K.)의 업적과 이것이 인류에 미친 영향에 대하여 조사해 보자.

하버는 공업적으로 암모니아를 합성하는 방법을 개발하였으며, 그의 매부인 카를 보슈와 함께 질소비료의 원료가 되는 암모니아의 대량 생산법을 고안했다. 그들은 질소비료의 원료인 암모니아를 대량 생산방법을 고안함으로써 ‘농업 혁명'을 일으킬 수 있게 되었다. 그러나 동시에 암모니아를 이용하여 폭약 제조에 꼭 필요한 질산을 대량 생산해냄으로써 독일은 제1차 세계대전을 일으키게 된다.

다음은 하버와 보슈의 생애를 간단히 소개한다.

하버(Fritz Haber) 독일의 물리화학자.

부유한 화학약품상의 아들로 태어나 김나지움의 고전적인 교육을 받고 베를린․하이델베르크․취리히에서 공부한 후 아버지 사업체에 들어갔지만, 끈기 부족으로 곧 그만두었다. 그는 처음에는 예나대학교에서 유기화학을 연구하기 시작했지만, 전통적인 방법은 그에게 만족을 주지 못했다. 25세 때 카를스루에 고등기술학교에서 저학년을 가르치는 동안 전기화학과 열역학 분야를 집약적으로 연구해 1898년에는 물리화학 교수가 되었다. 저서로는 〈공업적인 전기화학의 이론적 기초 Grundriss der techni-schen Elektrochemie auf theoretischer Grundlage〉(1898)와〈공업적 기체반응의 열역학 Thermodynamik technischer Gasreaktionen〉(1905)이 있다. 질소와 수소로부터 암모니아를 합성하는 방법을 개발했으며, 1909년까지 암모니아를 대규모로 합성하기 위한 조건을 확립했다. 이 제법은 공업적으로 개발하기 위해 바덴아닐린-소다회사의 카를 보슈에게 넘겨져 하버-보슈 암모니아법으로 발전했다. 이 공로로 하버는 1918년에 노벨 화학상을 받았다.

42세 때인 1911년에 그는 베를린에 있는 카이저 빌헬름 물리화학연구소 소장이 되었다. 1914년 제1차 세계대전이 일어나면서 즉시 자신의 연구실을 정부시설로 전환시켜 정부에 협조했다. 전쟁 중에 그는 독가스를 무기로 개발하는 데 선구적인 역할을 했으며, 해수에서 금을 추출하는 방법을 찾으려고 시도하기도 했다.

전쟁 후 하버 연구소는 세계 물리화학 분야를 선도하는 연구 센터가 되었는데, 여러 나라에서 온 수많은 뛰어난 연구원들이 그곳에서 연구했다. 그는 일생 동안 과학과 산업 사이의 밀접한 관계를 옹호했으며, 이 분야에서 인정받는 권위자가 되었다. 그는 국가 연구조직을 발전시키고 외국 과학자들과의 친밀한 관계를 증진시키는 데 적극적이었다. 유대인이었던 하버는 1933년에 히틀러 정권의 부상과 그의 반(反)유대인 정책으로 인해 하버 연구소는 붕괴되기 시작했다. 그는 1933년에 사임했고, 케임브리지대학교의 초청을 수락했다. 4개월 후 그는 이탈리아에서 겨울을 지내기 위해 떠났는데, 도중에 바젤에서 심장마비가 일어났으며 1934년 1월 그곳에서 죽었다. 그와 그가 지휘했던 연구소들은 물리화학의 거의 모든 분야에 많은 기여를 했다.

보슈(Bosch, Carl) 독일의 공업화학자.

쾰른 출생. 샤를로텐부르크의 고등공업학교에서 야금학과 화학을 배웠다. 그리고 라이프치히대학의 J.A. 비슬리체누스 밑에서 유기화학을 전공하여 1898년 박사학위를 받았다. 이듬해에 바스프(BASF)사에 입사하여 1902～1907년까지 공중질소의 고정에 관한 갖가지 방법을 연구하였다. 1908년 F. 하버가 암모니아 합성에 관하여 바스프사와 공동연구의 계약을 맺었고 보슈는 1909년 하버법을 공업적으로 개발할 책임자가 되었다. 수백 기압의 압력, 500℃ 이상의 온도에 견딜 수 있는 장치의 제작, 촉매의 선택과 제조, 합성가스, 특히 수소의 공업적 제조법 등의 문제를 해결하여 1913년 연간 3만 6000t의 황산암모늄 생산에 성공하였다.

제1차 세계대전 중 암모니아의 산화에 의한 화약용 질산의 제조와 로이나 공장의 신설을 지도하였고, 1919년 베르사유 평화교섭에서는 독일기술 대표가 되었다. 고압화학을 연구 개발한 공로로 1931년에 F. 베르기우스와 함께 노벨화학상을 받았다.




웹사이트 참고

http://science.kongju.ac.kr/ms/chem/화합물/s21159.html

http://preview.britannica.co.kr/spotlights/nobel/list/B24h1997b.html




2) 산소의 성질과 이용



가스 용접을 할 때는 아세틸렌과 산소의 혼합 기체를 많이 이용한다. 산소를 함께 사용하는 이유는 무엇일까?

아세틸렌을 완전 산화시켜 고온의 열을 얻으려면 공기보다 산소를 이용하는 것이 좋다.

산소와 아세틸렌을 섞은 가스에 불을 붙이면 높은 열을 내면서 타게 되므로 이 불꽃을 녹이고자 하는 금속에 대고 용접도 할 수 있다. 이 불꽃의 온도는 3500℃나 되며, 산소수소의 불꽃보다도 높은 온도이다. 산소수소 불꽃은 산소와 수소를 2:1의 비율로 혼합하여 연소시키는 것인데, 불꽃의 온도는 2500℃ 정도에 이른다. 불꽃은 거의 무색이며, 불완전 연소 때에도 그을음이 없으므로 인조 보석의 제조나 금속 재료의 용접과 절단 등에 쓰인다.

아세틸렌을 이용하는 산소 용접은 용접뿐만 아니라 강판을 달구어 절단하는 데에 흔히 사용된다. 한편, 용접 연료로 쓰이는 아세틸렌은 봄베(Bombe) 속에 넣어서 운반하는데 너무 고압의 것은 폭발의 위험이 있으므로, 아세톤에 녹여서 넣는다.






결과 정리 1. 과정 ③에서 발생한 기체는 무엇이며, 이 때 일어난 반응을 화학 반응식으로 나타내어 보자.

2H2O2 2H2O + O2

(MnO2)

2. 이 실험에서 이산화망간은 어떤 역할을 하는가?

이산화망간(MnO2)은 과산화수소(H2O2)를 분해시키는 촉매 역할을 한다.

3. 과정 ⑤와 ⑦에서 석회수는 어떻게 변하였으며, 그 이유는 무엇인가?

과정 ⑤ 뿌옇게 흐려진다.

과정 ⑤에서 만들어진 이산화탄소는 수산화칼슘 수용액과 반응하여 탄산칼슘 침전물을 만들므로 뿌옇게 흐려진다.(Ca(OH)2(aq) + CO2(g) → CaCO3(s) + H2O(l))

과정 ⑦ 변화 없다.

강철솜은 산소와 반응하여 산화철이 생성되므로 수산화칼슘 수용액과 반응하지 않는다.




3) 이산화탄소와 비활성 기체



화재가 났을 때 불을 끄는 소화기에는 이산화탄소를 이용하는 것이 많다. 이것은 이산화탄소의 어떤 성질을 이용한 것일까?

화재를 진압하는 방법으로는 연소의 세 가지 조건(연료, 산소, 발화점 이상의 온도)중 한 가지를 제거하면 된다. 소화기 속의 이산화탄소는 공기보다 무겁고 타지 않으므로 연료와 산소를 격리시켜 불이 꺼지도록 한다. 그리고 소화기로부터 분출되는 이산화탄소는 매우 차가우므로 온도를 발화점 이하로 낮출 수 있다.



소화기의 종류

【포말 소화기】 약제의 화합으로 포말을 발생시켜 공기의 공급을 차단해서 소화한다. 사용되는 약제는 탄산수소나트륨(중조)․카세인․젤라틴․사포닌․소다회 및 황산알루미늄이며 목재․섬유 등 일반화재에도 사용되지만, 특히 가솔린과 같은 타기 쉬운 유류나 화학약품의 화재에 적당하며, 전기화재는 부적당하다. 구조는 손잡이․자동안전밸브․거름망․호스․노즐․내통․외통으로 되어 있다. 사용할 때는 먼저 소화기의 손잡이를 잡고 화재현장 5～6m 거리로 옮긴 다음(이때 소화기는 바르게 들고 가야 함) 소화기의 노즐을 잡고 거꾸로 뒤집어 4～5회 흔든 후 노즐구멍을 막고 있던 손을 떼고 불을 향해 가까운 곳부터 비로 쓸 듯이 방사한다. 주의할 점은 기포검사를 하여 팽창률 및 내화성을 검사하고 약제를 교환할 때는 내부를 완전히 물로 씻어야 한다. 만일 조작했는 데도 노즐 끝에서 방사되지 않을 때는 안전모를 열어야 한다. 그리고 겨울철 기온이 5℃ 이하가 되는 장소에서는 보온조치가 필요하다.

【분말 소화기】 소화제에 특수가공한 탄산수소나트륨분말(소화상 100메시 이상의 미세도가 필요함)을 사용하여 질소나 이산화탄소 등 불연성 고압가스에 의해 약제를 방사한다. 약제는 불의 표면에서 이산화탄소를 발생하여 질식소화를 하고, 일부는 분말의 복사열 차단에 따른 효과도 있으며, 유류․전기․화학약품의 화재에 적당하다. 구조는 안전핀․레버․손잡이․뚜껑․가압용가스용기․사이펀관․호스․노즐로 되어 있는데, 사용할 때는 먼저 소화기를 화재현장에서 5～6m 되는 곳까지 옮긴 다음 안전핀을 뽑고 손잡이와 레버를 함께 모아 힘껏 움켜쥐어 약제를 방출시킨다. 이때 바람을 등지고 불을 향하여 가까운 곳에서부터 비로 쓸 듯이 방사한다. 주의할 점은 사용 직후에는 반드시 용기를 거꾸로 하여 남은 가스를 방출시키고 충전된 이산화탄소 용기를 갈아 끼워 소화제가 충전된 상태에서 보관하되 고온의 장소는 피하도록 한다.

【할론 소화기】 일반소화기와는 달리 약제로서 할론 1211을 사용하는 것이 특색이며, 목재․섬유 등의 일반화재 및 유류․화학약품 화재와 전기나 가스화재 전반에 걸쳐 다양하게 사용된다. 구조는 몸통․레버․안전핀․노즐․압력계로 이루어져 있으며, 사용법은 안전핀을 뽑은 다음 소화기를 바로 세운다. 노즐(분사구)을 불을 향하게 하고 손잡이를 들어 올리며 레버를 누른다. 살포할 때는 한쪽에서 반대쪽으로 이동하면서 살포한다. 주의할 점은 내용물이 가압된 상태이므로 49℃ 이상의 온도에는 노출시키지 말아야 하며, 또 얼굴에 방사하지 말아야 한다. 보관할 때는 어린아이의 손이 닿지 않는 곳에 보관하도록 한다.

【이산화탄소 소화기】 약제로 이산화탄소를 사용하며, 유류․전기화재에 알맞다. 구조는 용기․사이펀관․밸브․밸브핸들․안전밸브장치․연결관․방출나팔 등으로 구성되며, 사용할 때는 호스를 빼어 들고 안전핀을 뺀 다음 손잡이를 눌러잡고 불의 중심에 나팔을 대고 방사한다. 주의할 점은 방출나팔을 잡을 때 동상을 입을 염려가 있으므로 손잡이를 잡아야 한다. 가스의 충전은 반드시 제조업자에게 의뢰하여야 하며 직사일광에 방치하거나 고온의 장소에 장시간 방치해두지 말아야 한다.




4) 기체 분자의 운동



무더운 여름철에는 화장실에서 멀리 떨어져 있는 교실에서도 화장실 냄새를 맡을 수 있는 경우가 있다. 이와 같은 현상이 나타나는 이유는 무엇일까?

분자의 확산 때문이다. 확산은 컵의 물에 잉크를 한 방울 떨어뜨리면 시간이 지남에 따라 잉크가 퍼져 전체가 균일하게 섞이는 것을 말한다. 이와 같은 현상은 기체와 기체 사이에서도 볼 수 있고, 때로는 기체와 고체, 액체와 고체 사이에서도 일어난다. 또 같은 종류의 기체나 액체에서도 부분적으로 밀도의 차가 있으면 자연적으로 일어나서 전체 밀도가 균일하게 된다. 광대한 대기나 해수가 일정한 조성을 가지는 것도 확산에 의하여 성분이 균일하게 섞인 결과이다. 이물질 사이에 확산이 저절로 일어나는 것은 물질분자가 끊임없이 운동하고 있기 때문이며, 그 모양은 열이 고온부에서 저온부로 이동하여, 드디어는 전체 온도가 균일하게 되는 것과 비슷하다. 다만 열의 이동에 지속이 있는 것처럼 확산의 크기도 종류에 따라 차가 있고, 분자운동이 활발한 기체는 액체보다도 확산속도가 크다. 또 기체나 액체의 확산속도는 물질의 분자량의 제곱근에 반비례한다는 법칙이 알려져 있다. 이것이 그레이엄의 법칙이다.






▶정리 1 1. 기체의 압력과 부피의 관계는 어떠한가?

압력×부피의 값이 일정하므로 압력과 1/부피의 값을 이용하여 그래프를 그려보면 직선 관계를 얻을 수 있으므로 압력과 부피는 서로 반비례한다.

2. 압력(P)과 부피(V)를 곱하여 보고, 압력(P)과 부피(V)의 관계를 식으로 나타내어 보자.

P×V=일정

3. 기체의 부피가 1/2로 감소하면 실린더 속의 기체의 압력이 2배로 증가하는 이유는 무엇인가? 그 이유를 분자 운동으로 설명하여 보자.

기체의 운동속도는 온도가 일정하면 변화가 없다. 그러나 부피가 1/2로 줄어들면 기체 분자가 벽면에 부딪히는 충돌 횟수가 2배가 되므로 압력이 2배로 증가한다.




2. 온도가 올라가면 기체의 부피가 늘어나는 이유는 무엇인가? 그 이유를 분자 운동으로 설명하여라.

온도가 올라가면 분자의 평균 운동 에너지가 증가하므로 분자의 평균 운동 속도가 증가한다. 따라서 기체분자가 단위시간당 벽면에 부딪히는 횟수가 증가하여 부피가 늘어난다.



꼬마탐구

▶정리 시간이 지난 후 페놀프탈레인 용액을 넣은 물의 표면은 어떻게 되는가? 또 그 이유는 무엇인가?

페놀프탈레인이 든 비커의 용액 표면부터 붉게 변했다가 시간이 지나면 붉은색이 점점 확산된다. (∵밀폐된 용기 속에서, 암모니아 용액 속의 암모니아가 공기 중으로 증발되었다가 페놀프탈레인이 든 비커 속으로 녹아들게 되면 처음에는 페놀프탈레인 용액이 든 비커의 표면부터 염기성으로 변하여 붉게 되고, 시간이 지나면 암모니아의 부분적인 농도 불균형에 의해 확산되어 붉은색이 용액 전체로 점점 퍼지게 된다.)




3. 공기의 오염과 정화

1) 공기의 오염



과학자들에 의하면 해수면은 매 10년마다 6cm 정도 상승하고 있다고 한다. 이와 같이 해수면이 상승하는 이유는 무엇일까?

지구 온난화로 인해 지구 양 극지방의 빙하가 녹게 되어 해수면이 상승한다. 지구 온난화로 인한 해수면 상승을 극지방에서 녹아 내리는 빙하가 아닌 바다 자체의 열팽창 때문으로 보고 있는 경우도 있다. 즉, 대기온도의 상승이 해양온도의 상승으로 이어지고 바닷물의 밀도가 적어지면서 전체 부피가 커져 해수면이 상승하게 된다는 원리이다.






▶정리 1. 대기 중의 이산화탄소 농도가 증가하는 이유는 무엇인가?

화석연료(석탄, 석유 등)의 과다 사용

2. 자료에 따르면 대기 중의 이산화탄소 농도가 증가하면 지구 표면의 온도가 상승하였는데, 그 이유는 무엇인지 토의하여 보자.

이산화탄소는 지구가 방출하는 복사 에너지 중 일부를 흡수하여 지구의 기온을 일정하게 유지하는 온실효과가 있다. 그러나 대기 중에 이산화탄소의 농도가 너무 높으면 지구의 기온을 비정상적으로 상승시키는 지구온난화를 일으킨다.

(참조 : http://edu.me.go.kr/env2/study/index.html)

3. 지구의 기온이 상승하면 지구 환경에 어떤 영향을 미치는지 조사하여 보자.

해수면 상승, 내륙의 사막화, 생태계 파괴, 수자원 고갈 등

4. 이산화탄소의 배출을 줄이는 방법에는 어떤 것이 있는지 토의하여 보자.

화석연료 사용 억제, 무공해 대체 에너지 개발(풍력, 파력, 지열, 태양열, 태양광 에너지 등), 연료전지 등




2) 공기의 오염과 환경 파괴



1990년 1월 공업 지역이 아닌 충청남도 태안 반도에서 pH 3.7의 강한 산성비가 내렸다. 그 이유는 무엇일까?

중국 동해안의 공단지대에서 배출한 공해물질(황 및 질소 산화물 등)이 편서풍을 타고 우리나라에 도달해 비와 함께 내리면 강한 산성을 띠는 산성비가 된다.

중국 공업지역의 아황산가스는 대부분 북경, 산둥반도 부근에서 발생하고 있기 때문에 우리나라와 같은 인접지역으로 쉽게 이동한다. 중국은 에너지 소비의 약 75%를 아황산가스의 주원인인 석탄에 의존하고 있고 동북아 지역에서 발생하는 아황산 가스의 약 80%가 중국에서 발생하고 있다. 편서풍을 타고 우리나라로 이동해 서쪽 지역과 내륙지방에 산성비를 뿌리게 된다. 원거리 이동이 가능하다는 산성비의 특성상 그 피해를 감소시키기 위해서는 국제적인 협력이 필요하다.



산성비의 피해 사례

독일 중부의 울창한 침엽수림이 산성비에 의해 막대한 피해를 입었다. 체코슬로바키아와 독일 국경에 걸친 에르츠 산 지역은 동유럽의 알프스라 불릴 만큼 아름다운 경관을 과시하고 있었다. 그러나 지금은 산성비 때문에 메마른 산림이 몇 십 km나 이어지는 볼품 없는 산이 되고 말았다.

지금 북반구의 선진 공업국은 예외 없이 산성비의 피해 지역이다. 독일에서는 전체 국토의 1/3을 차지하는 산림 중에서 산성비에 의한 피해 면적이 55%나 된다. 네덜란드에서는 전체 산림 면적의 40%, 스위스 33%, 프랑스 20%가 산성비의 피해를 입었다고 보고되었다. 일본에서도 산성도가 상당히 높은 산성비가 내리고 있다. 간토 지방의 잡목 고사나 세토의 소나무 고사는 산성비로 인한 피해로 보는 지적도 있다. 모델에 따른 예측에 의하면, 긴키 지방에서 서남 일본의 평야지역의 산성비에 약한 적황색 토양은 머지않아 산성비에 의한 피해가 현저하게 될 것이라고 예측하였다. 동아시아 지역도 공업화에 따라 산성비의 피해가 염려되며, 우리나라도 서울, 부산등 대도시 지역과 울산, 창원, 구미 등의 공업 도시를 중심으로 서서히 산성비의 피해가 나타난다. 유럽에서는 “초록색 흑사병”으로 중국에서는 “공중사신(空中死神)” 등으로 불리는 산성비의 피해는 세계 각지로 퍼지고 있다. 산성비는 삼림을 말라죽게 하고 호소의 생물을 죽게 할 뿐만 아니라, 아테네의 파르테논 신전, 인도의 타지마할등의 고대유적지를 포함한 각종 구조물을 부식시킴으로써 많은 피해를 일으키고 있다. 금속이나 대리석, 화강암으로 만들어진 동상, 기념탑, 유적은 물론이고, 근대 건축물에 있어서도 널리 사용되고 있는 시멘트도 산성에 약한 편이다. 산성비에 의하여 아테네의 파르테논 신전의 석상, 영국의 웨스트민스터 사원, 런던탑 등 고대 유적의 표면이 용해되고 있다고 보고되고 있다. 그리고 뉴욕항에 서 있는 자유의 여신상이 산성비에 의하여 표면에 엷게 입힌 동판이 부식되어 있는 것이 발견되었다. 1932년 여신상에는 아무런 이상이 없었던 것이 여신상에 대한 대수리는 여신상 건립 100주년이 되는 1986년에야 끝났다.

산성비에 의하여 심장과 폐의 기능이 저하되어 매년 사망자 수의 2%에 해당하는 약 5만 명이 사망하며, 만약 개선되지 않는 한 2000년에는 산성비에 의한 사망자가 5만 명이나 증가할 것이라고 경고하고 있다. 산성비는 상수도원으로 사용될 지하수나 기타 수역에 금속이온을 용출시킨다. 특히 알루미늄 이온은 물을 오염시켜 이 물을 먹은 사람의 뇌신경을 침범한다고 한다. 노르웨이 중앙통계국에 의하면, 산성비에 의한 수원의 알루미늄 농도가 높은 장소일수록 알츠하이머병과 같은 노인성 치매병의 발생률이 높으며, 통계적으로 상관관계가 있다고 한다. 또한 먹이사슬에서 농도를 증가시킴으로써 생물학적 축적을 통하여 인체에 손상을 줄 수 있다. 때로는 눈과 피부에 통증을 주는 안개비가 내려 피해를 호소하는 사람이 많이 나오기도 한다.






스모그에는 런던형 스모그와 로스엔젤레스형 스모그가 있다. 이 두 종류 스모그의 차이점을 조사하여 보자.

런던형: 황산화물에 의한 일반 스모그(석탄의 연소)

LA형 : 광화학 스모그(도시형 스모그, 매연)

스모그는 석탄 소비의 증가에 의한 런던형 스모그와 자동차 배기가스에 의한 로스엔젤레스형(또는 광화학) 스모그로 나누기도 한다.

(1) 런던형 스모그 : 1952년 12월 4일 런던은 회색빛 짙은 구름이 하늘을 가리고 거리에는 안개가 자욱했으며 바람은 거의 없었다. 사람들은 이러한 춥고 습한 날씨 때문에 난방용 석탄을 더 많이 땠으며 거리에서 많은 차량이 내뿜은 배출가스와 공장의 굴뚝에서 쏟아져 나온 연기는 안개 속으로 스며들었다. 12월 5일에는 안개가 심해 자동차는 거의 안 다녔고, 걷기조차 힘들었다. 눈과 피부, 호흡기 질환으로 많은 사람이 병원을 찾았고 이러한 날씨가 계속되는 1주일간 약 4000명, 이듬해 2월까지 약 6000명이 목숨을 잃었다. 석탄을 땔 때 발생하는 매연, 이산화황, 일산화탄소 등이 어울려 발생한 스모그를 런던형 스모그라 한다.

(2) 로스엔젤레스형 스모그 : 1943년 여름 한낮에 간간히 황갈색 스모그가 발생하였다. 이 때는 호흡이 곤란해지고, 눈이 따가우며 눈물이 나기도 했다. 이 황갈색 스모그는 대기 중의 오염물질이 태양광선의 영향을 받아 만들어졌으며, 바다에서 불어온 찬 해풍으로 역전층이 생겨 큰 피해를 가져왔다. 이와 같이 자동차 배기 가스에 의하여 발생하는 스모그를 로스엔젤레스형 스모그라 하며, 이는 자동차 배기 가스 속에 포함된 올레틴계 탄화수소 같은 질소 산화물이 태양 광선과 작용하여 생기므로 광학적 스모그라고도 한다.






지구의 온난화 현상으로 기온이 상승하면 지구 환경에 어떤 영향을 미치는지 신문, 잡지 등의 기사를 수집하여 조사해 보자.

100년 후 해수면 상승 한반도 1.2% 침수 (2003.03.26)

앞으로 100년 뒤에는 지구 온난화 현상으로 한반도의 해수면이 1m 가량 상승해 남북을 합쳐 전체 면적의 1.2% 가량이 침수될 것이라는 연구결과가 26일 나왔다.

환경정책평가연구원은 ‘지구 온난화에 따른 한반도 주변의 해수면 변화와 그 영향에 관한 연구’에서 태풍과 해일, 향후 기온 상승 등을 고려할 때 2100년이면 2천 643km2가 침수될 수 있다고 밝혔다.

이는 한반도의 1.2%, 여의도의 300배가 넘는 면적으로, 남북 전체 인구의 2.6%인 125만 5천 명이 터전을 잃을 것으로 예측됐다.

연구원은 서해안이 남해안과 동해안보다 훨씬 취약한 것으로 나타났고 서해안에서도 북한 지역의 범람 가능성이 크다고 밝혔다.

특히 온실가스 감축을 통해 해수면 상승을 어느 정도 감소시킬 수는 있겠지만 피할 수는 없을 것이라면서 “인구가 밀집한 군산과 목포 일부 지역, 아산만 일대와 북한의 남포, 신의주 일대가 침수 예상지역에 포함됐다”고 설명했다.

연구원은 또 우리나라의 경우 지구온난화의 영향에 대한 전담체제가 결여돼 있고 전문인력도 부족한 것은 물론, 효율적인 대책도 거의 없다면서 해수면 상승과 관련한 과학정보기술을 증진하는 것이 필요하다고 지적했다.

환경정책평가연구원은 이어 “온실가스 감축뿐만 아니라 지구 온난화에 대한 정부의 체계적 대응책을 마련하기 위한 전담기구 설치가 시급하다”고 덧붙였다.

(서울=연합뉴스 심규석 기자)

지구 온난화, 포유동물 유전변화 유발 (2003.02.13)

지구 온난화가 곤충에 이어 포유동물에까지 유전 변화를 유발한다는 최초의 증거가 나타났다.

캐나다 앨버타 대학의 생물학 교수 스탠 부틴 박사는 12일 연구보고서를 통해 지난 10년 사이에 지구 온난화로 평균 기온이 섭씨 2도 상승한 캐나다 서남부 유콘 지역에 서식하는 붉은 다람쥐 5천여 마리를 4대에 걸쳐 관찰한 결과 10년 전에 비해 새끼 낳는 시기가 평균 2～3주 빨라진 것으로 밝혀졌다고 말했다.

부틴 박사는 이는 지구 온난화가 포유동물에까지 유전변화를 일으키고 있다는 최초의 놀라운 증거로 지구 기온이 계속 올라가면 인간에게도 유전변화가 나타날 수 있음을 시사하는 것이라고 말했다.

부틴 박사는 가축 육종에 사용되는 양적 유전학 기술을 이용, 이 다람쥐들의 출산시기가 달라진 것이 단순한 생활습성의 변화가 아닌 유전적 변화에 의한 것임을 확인할 수 있었다고 밝혔다. 부틴 박사는 포유동물의 출산시기는 유전자에 의해 결정되는 것이 분명하다고 말하고 그러나 붉은 다람쥐의 경우 달라진 유전자가 구체적으로 어떤 것인지는 아직 규명하지 못하고 있다고 말했다.

지난 2001년 과학자들은 지구 온난화에 의한 이상 난동(暖冬)으로 한 모기 종류의 동면 시작 시기가 늦추어지고 있음을 발견했다. 동면 습관은 기본적으로 유전자에 의한 것이다. 영국에서는 일부 조류와 개구리들의 산란과 부화시기가 빨라지고 있는 것이 관찰되었는데, 이것도 유전변화 때문인지는 아직 확실치 않다.

이에 대해 미국 시카고에 있는 세인트 제이비어 대학의 생태학자인 라이언 코크란-스타피라 박사는 지구 온난화로 인한 동물들의 습성 변화가 인간에게 영향을 미칠 수 있다고 말했다.

모기와 같은 일부 곤충들이 지구 온난화로 겨울이 따뜻해지면서 더 북쪽으로 이동함에 따라 이들이 인간에 매개하는 바이러스성 질환 발생지역도 전에 비해 더 북쪽으로 옮겨가고 있다고 코크란-스타피라 박사는 지적했다.

(에드먼턴 <캐나다> UPI=연합뉴스)




1) 공기의 정화



가정이나 자동차 그리고 사람들이 많이 근무하는 사무실 등 많은 곳에서 공기 청정기를 사용하고 있다. 이와 같은 공기 청정기가 공기를 깨끗하게 해주는 원리는 무엇일까?

오염된 공기를 팬으로 흡입하고 필터에 의해 0.01μm 정도까지의 미세한 먼지나 세균류를 집진하여 체취나 담배냄새를 탈취한다. 또 오염 때문에 감소된 음이온을 이온발생기에 의해 회복시킨다.

필터에는 몰트프렌이나 유리섬유를 사용해서 집진하는 기계식 필터, 유리섬유와 셀룰로오스 섬유를 사용해서 미립자를 집진하는 고성능 필터 및 활성탄을 사용한 탈취필터의 3종류가 있다. 또 이들 필터에 첨가하여 먼지를 고압방전에 의해 대전시켜서 집진하는 전기 집진장치가 함께 사용되기도 한다.




▶정리 1. 대기 중에 황산화물의 배출을 줄일 수 있는 방법을 토의해 보자.

∙ 황산화물은 주로 어떤 연료가 연소할 때 배출되는가?

석탄이나 석유 등의 화석연료

∙ 그 연료를 주로 사용하는 곳은 어디인가?

난방과 연소기관(자동차, 선박, 비행기 등의 엔진)

∙황산화물의 배출을 줄일 수 있는 방법을, 연료를 바꾸는 방법과 연료를 바꾸지 않고 배출을 줄일 수 있는 방법으로 나누어 토의해 보자.

연료를 바꾸지 않는 방법 : 탈황연료 사용, 탈황시설 설치

연료를 바꾸는 방법 : 액화천연가스(LNG), 액화석유가스(LPG) 등의 청정연료 사용과 태양 에너지, 풍력, 수력 등을 이용한 대체 에너지 개발

2. 대기 중의 질소 산화물의 배출을 줄일 수 있는 방법을 토의해 보자.

∙ 질소 산화물의 배출 원인은 무엇인가?

고온의 내연기관에서 연소반응이 일어날 때 내연기관 속으로 들어온 질소와 산소가 반응하여 질소산화물이 만들어진다. 자동차의 촉매 변환기를 설치하면 질소 산화물을 제거할 수 있다.

∙ LPG를 연료로 사용하는 자동차와 전기 자동차의 배출 가스에 대하여 이야기해 보자.

주성분이 메탄인 LNG나 압축천연가스(CNG)를 사용하는 자동차는 배기가스로 물과 이산화탄소를 배출하지만 전기 자동차는 배출가스가 없는 무공해 자동차이다.

∙ 자동차의 속력과 질소 산화물의 배출량과는 어떤 관계가 있는지 알아보자.

질소 산화물의 95% 이상은 일산화질소인데 생성과정은 연소 온도가 높고 부하가 클 때 많이 배출됨

∙ 질소 산화물의 배출을 줄이는 방법에 대해서 토의해 보자.

촉매제를 사용, 가까운 거리는 걸어 다니기, 대중 교통수단의 이용, 근거리는 자전거를 이용 등





공기를 오염시키지 않는 무공해 에너지원에는 어떤 것이 있으며, 각각의 장․단점은 무엇인지 조사하여 보자.

원 자 력 : 연료가 비교적 저렴하지만 방사능 누출 사고가 발생하면 피해가 크고 폐연료의 처리가 어렵다.

태 양 열 : 무한한 에너지원이지만 에너지 효율이 낮다.

태 양 광 : 무한한 에너지원이지만 에너지 효율이 낮다.

지 열 : 무한한 에너지원이지만 특정지역에 한정

풍 력 : 에너지 생산 규모가 작고 특정지역에 한정

수 력 : 건설 비용이 많이 든다.

연료전지 : 연소 생성물이 물이므로 무공해이지만 생산 단가가 비싸다.