질량-에너지 보존의 법칙

질량-에너지 보존의 법칙과 화학적반응에 대하여 알아보도록 하겠다.

 

1)질량-에너지 보존의 법칙

불은 가연물을 소비하므로, 가연물의 질량은 감소하게 된다. 이 가연물에 어떤 현상이 일어나는가? 그리고 그것은 어디로 가는가? 이들 질문에 대한 대답은 현대자연과학의 기본 개념 중의 하나이다. '질량-에너지 보존의 법칙(일반적으로 '질량보존의 법칙' 이라고 부르기도 한다)은 질량 및 에너지는 한 상태에서 다른 상태로 변화 될 수 있으나, 그 총량에 있어서 어떠한 순소실도 발생하지 않는다. 다른 말로 설명하면, 질량 및 에너지는 생성되지도 파괴되지도 않는다는 것이다. 이 법칙은 소방과학에 있어서 근본이 된다. 어떤 가연물의 질량이 감소하게 되면 에너지는 빛과 열의 형태로 발산하게 된다. 이러한 원리는 어떤 가연물이 연소할 때, 질량 손실 및 온도의 획득을 측정할 수 있는 도구를 사용하여 물질의 열발산율을 산정하는 것을 가능하게 한다.

소방대원들은 화재현장에서 최초상황판단이나 전술을 수립할 경우 이러한 개념에 유의해야 한다. 화재현장에 연소할 가연물이 많으면 많을수록, 더 많은 양의 에너지가 열의 형태로 발산할 가능성이 더욱 커지게 된다. 방출되는 열의 양이 많아지면 많아 질수록, 화재를 진압하기 위해서 더 많은 소화약제 진화물질을 필요하게 된다.

2)화학적반응

연소 및 화재의 진행을 논의하기 전에, 화학반응의 개념을 이해하는 것이 중요하다. 물질이 한 상태에서 다른 상태로 변하거나 새로운 물체가 생성될 때에 화학자들은 그러한 변형을 화학반응이라 설명한다. 이러한 반응의 단적인 예는 물질이 상태를 변화 시킬때 발생한다. 물리적 변화가 있을때에 그 물체의 화학적 구성은 변화하지 않는다. 물이 얼때에 발생하는 상태의 변화는 물리적 변화를 일으킨다.

물체가 상이한 물리적 및 화학적 특성을 가진 새로운 물체로 변형될 때에는 보다 복잡한 반응들이 발생하는데, 이러한 변화를 화핫적 변화라 한다. 수소와 산소가 결합하여 물을 형성 할 때에 발생하는 변화는 화학적 변화이다. 이러한 경우에 결합되는 물질의 물리적 특성 및 화학적 특성이 변형된다. 실내온도에서 정상적으로 기체의 형태인 산소와 수소의 두 물질은 같은 온도에서 순수한 액체인 물질로 변화된다. 화학적 변화 및 물리적 변화는 거의 언제나 에너지의 교환을 포함한다. 물질이 변환될 떄에 에너지를 발산하는 반응을 발열반응이라 하며, 에너지를 흡수하는 반응을 흡열반응이라한다. 가연물이 공기 중에 연소하게 되면, 가연성 가스는 공기중에서 화학적으로 산소와 반응하게 되고, 열에너지 및 빛 에너지가 발열반응으로 발산된다. 액체에서 기체로 상태가 변하는 물은 에너지를 필요로 하므로 이러한 변환이 흡열반응인 것이다.

지구상에서 비교적 보편적인 화학현상중의 하나가 산화이다. 산화는 산소와 다른 요소간의 화핫적 결합의 형태이다. 산소는 지구상에서 가장 보편적인 요소중의 하나이며 , 지상에서 발견되는 거의 모든 요소들과 반응한다. 산화는 발열반응이며 에너지르류 발산한다. 산화반응으로 가장 잘 알려진 예는 철에 녹이 스는 것이다. 산소와 철이 결합하게 되면 녹이라고 불리는 붉은 화합물을 생성하게 된다. 이러한 반응은 발열 과정이므로 언제나 열을 생성한다. 정상적으로 그 과정은 매우 느리고, 발산하는 열은 그것이 발견되기 전에 사라진다. 만약 녹이 스는 물질이 한정된 공간에 있고, 열이 소멸되지 않는다면, 이때의 산화과정은 한정된 공간내의 온도를 증가시키게 된다.