주제 : 스테인레스 연마제인 탄화규소의 제거방법
교과세특은 교과서내 이론을 일상생활에서 참고하여 기획하는것이 가장 유리합니다.
국제암연구소의 위험물질 판단기준, 탄화규소의 제거방법, 극성과 비극성의 기준을 알아봅니다.
최근 기사중에서 주제를 정하고 과제의 확장을 진행하였습니다. 스테인레스 연마제가 인체해 해로운가? 에대한 기사였고 연마제의 성분과 왜 사용해야하는지? 그리고 제거방법은 우리가 물세척의 방법으로 되지 않는다는 것을 알게되었습니다.
국제암연구소(IARC)의 분류표를 통한 위험물질 판단
세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC)의 발암성 물질 분류표를 기준으로 해석하는것이 가장 과학적입니다.
연마제로 주로 사용되는 탄화규소는 2A군으로 ‘발암추정물질’을 뜻한다.
동물에게서는 발암성 입증 자료가 있으나 사람을 상대로는 과학적 근거가 충분하지 않다는 의미입니다.
이와 관련되어 동아일보 기사를 인용하면 아래와 같습니다.
이덕환 서강대 명예교수(화학·과학 커뮤니케이션)는 “1군은 발암성이 크다는 것이 아니고 인체 발암성이 확인됐다는 것이다. 강도에 따라 분류하는 게 아니다”라며 “술, 햇빛(자외선)이 1군이다. 우리가 낮에 돌아다닌다고 다 암에 걸리는 건 아니지 않느냐”고 했다. 특히나 2A군은 인체 발암성 여부가 불확실하다. 이 교수는 “2A군에 속하면 크게 걱정하지 않아도 된다가 답”이라며 “사용 전 한두 번 정도 연마제 제거를 하면 (인체에) 문제될 일은 없다”고 했다.
연마제의 종류를 알아봅니다.
탄화규소(나무위키)
탄화 규소(Silicon Carbide)는 규소와 탄소로 이루어진 4족 화합물반도체로 원소기호는 SiC이다. 자연에서도 미량이지만 결정상태로 발견되기도 한다.
현재 다양한 산업에서 사용되고 있는 공업용 탄화규소는 1891년 미국의 화학자였던 에드워드 굿리치 애치슨(Edward Goodrich Acheson)이 다이아몬드를 인공적으로 만들기 위해 코크스와 점토의 혼합물을 탄소아크 등으로 가열했을 때 반짝이는 물질을 발견한 후 탄소(Carbon)와 코런덤(Corundum), 즉 산화 알루미늄의 화합물이라는 뜻으로 카보런덤(Carborundum)이라는 이름을 붙이고 카보런덤사를 설립하여 최초의 인공적인 탄화규소를 생산하기 시작했다.
규소와 탄소가 1:1로 결합되어 물리화학적으로 매우 강한 재료이다. 재료의 구조에 따라 전기적으로 고전압에 일반 실리콘보다 10배 이상 더 견딜 수 있으며 열전도도 3배 이상 높기 때문에 고전압과 고열이 발생하는 전자소자에 사용되기에 적합하고, 물리적으로나 화학적으로 여러가지 장점을 갖고 있는 반도체 소재이기 때문에 현재 반도체소자와 관련하여 많은 연구개발이 이뤄지고 있다.
자연상태에서 희귀하게 발견되는 보석의 일종인 모이사나이트와는 달리 인공적으로 만들어진 공업용 탄화 규소는 주로 연마재나 차세대 반도체 소자나 다이오드, 태양광 인버터, 산업용 모터 컨트롤러, 에어컨, 자동차 부품 컨트롤러 등에서도 사용되며 지구상에서 가장 단단하다는 다이아몬드와 탄화 붕소(Boron Carbide) 다음으로 우수한 9.2의 모스 경도를 가진 덕분에 방탄복이나 주력전차의 복합장갑에 들어가는 세라믹 방탄재의 재료로 쓰이기도 한다.
탄화규소의 제거방법
연마제로 사용된 탄화규소의 제거방법은 일반적인 물세척으로는 불가능하다. 탄화규사는 비극성물질이기에 물의 극성물질로 제거되지 않는다. 가정에서는 비극성 물질인 식용유를 사용해서 제거하는 방법이 가장 효과적입니다.
추가 탐구과제 : 극성물질과 비극성물질의 기초개념 파악
두개의 물질이 서로 희석되는 방법을 설명하는 것이 극성과 비극성이다.
극성 물질은 분자 내에서 양(+)과 음(-)의 극성을 가지며, 극성 용매에 잘 용해되고 전기를 전도하는 특징을 보여주고, 비극성 물질은 분자 내에서 극성을 거의 가지지 않으며, 극성 용매에 잘 용해되지 않고 전기를 전도하지 않습니다.
극성 물질은 일반적으로 높은 녹는 점과 끓는 점을 가지지만, 비극성 물질은 일반적으로 낮은 녹는 점과 끓는 점을 가집니다.
위 내용을 표로 정리해봅니다.
그래서 소금같은 이온결합물질이나 암모니아 같은 극성물질은 물에 잘 녹는다.
하지만 기름은 비극성이라 물과 섞이지 않는다. 이렇게 분자들은 그 분자의 전기적 성질에 따라서 극성분자와 비극성분자로 나눈다.
분자가 극성결합으로 이루어지면 분자내의 전자 분포가 달라지는데 분자 내에서 (+)전하를 띠는 부분과
(-)전하를 띤 부분으로 갈라지면 극성분자가 된다.
이 때 그 정도에 따라서 극성 공유결합이 되고 어떤 것은 이온결합이 될 수 있는 것이다.
이온결합은 이러한 극성의 절정이라고 생각하면 된다. 분자 내의 원자들이 비극성결합으로만 이루어졌거나, 극성결합에 의해서 만들어졌더라도 전자의 분포가 분자 전체에 골고루 퍼져 분자가 전체적으로 같은 전기적 성질을 띠면 비극성분자가 된다. 비극성분자는 분자 내에 이동하고 있는 전자들의 움직임에 의해 순간적으로 나타나는 쌍극자에 의한 반데르발스힘이 분자들 사이의 인력으로 작용한다.
극성과 비극성을 동시에 보유한 비누의 구조
비누 분자는 일반적으로 두 부분으로 이루어져 있는데 바로 물과 반응을 잘 하는 부분(친수성기)과 기름과 반응을 잘 하는 부분(친유성기)으로 이루어져 있습니다.
물에 잘 녹는 부분인 친수성 부분은 물과는 반응을 잘 하지만 기름과는 섞이지 않습니다. 또 기름과 잘 섞이는 친유성 부분은 기름과는 잘 섞이지만 물과는 잘 섞이지 않습니다.
따라서 옷에 비누칠을 하게 되면 친유성 부분이 때나 기름과 반응하여 녹여 낸 후 같이 작은 공 모양의 구조를 하고 용액 전체에 분산이 되는데 이것을 미셀이라고 합니다. 그러면 이들의 표면은 전하를 띤 친수성 부분(-COO-)들이 서로 반발하여 뭉쳐지지 않으므로 물에 씻겨 나가서 깨끗한 면이 남게 됩니다.
박종술 교사 (pjs5452@hanmail.net/ 부안고 화학/이학박사)
출처 : 부안독립신문(https://www.ibuan.com)
이와 같이 비누는 물에 잘 녹는 친수성 부분과 기름에 잘 녹는 친유성 부분을 모두 가지고 있어서 물과 기름이 서로 섞이게 하는 계면활성제의 역할을 하게 되는 것입니다.
정리
이제 고1은 첫 생기부를 마감해야합니다. 12월 기말고사 이후~방학전까지 학교에서 자기평가서와 동료평가서등 생기부에 들어갈 내용을 최종정리해야합니다.
일년동안 진행한 수행평가의 주요 키워드와 왜 작성하였고, 나의 진로와의 연계성(아직 진로가 없어도 됩니다) 분석해서 작성하세요
만약 과제가 부족하다고 느껴지면 망설임없이 선생님께 부탁해서 추가과제(독후감이 제일 좋겠죠? 시간이 부족하니) 준비하셔야 합니다.
세특과제는 반드시 교과서에서 출발해서 확장된모습을 보여주는게 핵심!
창체세특은 나의 진로에 대한 깊은 고민과 찾기위한 다양한 활동을 중심으로 꿈과 끼를 보여주세요
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