공업화학

 

1. 개요
2. 유기공업화학
2.1. 유기합성공업
3. 무기공업화학
3.2. 산 및 알칼리공업
3.2.1. 비료공업
3.3. 전기화학공업
3.4. 금속공업, 촉매
3.5. 반도체 및 전자재료
3.6. 무기정밀화학공업
3.7. 세라믹스 공업
3.8. 핵
3.9. 분석


1. 개요

화학공학의 일부분으로 5, 9급 화공직 공무원과 화공기사에 출제되는 과목. 크게 유기공업화학과 무기공업화학으로 나눈다.

2. 유기공업화학

  • 효소 (enzyme): 생물체의 세포 안에서 만들어지며 생물체의 반응에 촉매로 작용한다.

2.1. 유기합성공업

원료, 단위반응이 관심사가 된다. 9급이나 화공기사에서는 어떤 반응물이 반응하여 어떤 생성물질이 얻어지는지 알아야 하고, 5급에서는 그 화학반응식을 쓸 수 있어야 한다.
3차 알코올은 케톤(ketone) 화합물이 Grignard 시약(RMgX)과 반응하여 얻어진다.
중합반응 중에서는 축합반응이 있다. 축합반응은 단위체들이 결합할 때 물과 같은 간단한 분자들이 떨어져 나가면서 중합체를 형성하는 것을 말한다.

2.2. 석유화학공업

천연가스, 석유정제, 합성수지 원료 등을 다룬다.
석유의 전화 (conversion) 과정에서는 cracking, reforming 등의 방법이 사용된다.
  • 크래킹은 중질유의 분해에 의해 가솔린을 만드는 기술이다.
  • 리포밍은 옥탄가를 높이는 석유 전화 기술이다. 가솔린의 수요 증가에 따라 원료유로부터 고옥탄가 가솔린 생산량을 증가시키기 위하여 석유개질법이 발전되어 왔다. 구체적인 방식은 나프텐계 탄화수소를 방향족 탄화수소로 변환시켜 이루어진다.
    • 접촉개질법(catalytic reforming): 리포밍 중 촉매를 이용한 방식. 고체산을 담체로 한 금속 촉매가 주로 이용된다. 접촉개질법은 방향족 탄화수소인 벤젠, 톨루엔, 자일렌의 제조 공정에도 이용된다.
옥탄가(octane number)의 기준물질은 n-Heptane(0), 2,2,4-Trimethylpentane(100)이다.

2.3. 고분자공업

  • 중합도: 고분자 사슬에서 반복단위의 개수
  • 폴리에스테르계 섬유는 테레프탈산과 에틸렌글리콜의 중합반응을 통하여 얻는다.
  • 천연섬유와 합성섬유
    • 천연섬유: 양모(羊毛) 등
    • 합성섬유: 폴리에스터, 아크릴섬유, 나일론 등
  • 열가소성 수지와 열경화성 수지
    • 열경화성 수지: 페놀수지 등
    • 열가소성 수지: 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터 등

3. 무기공업화학


3.1. 환경공학

공업화학에서는 대기오염, 수질오염, 토양오염, 폐기물 처리, 소음/진동 등 환경오염 전반을 다룬다. 이 때문에 지구온난화, 온실효과, 오존층 파괴, 산성비 등 오염 현상을 다룬다. 거기다가 원료공기, 공업용수 등 원료라든지 해수 담수화 등 수처리 공정도 다룬다.
1997.12. 교토의정서에서 규정한 온실가스 규제 대상으로는 메탄 (CH4), 아산화질소 (N2O), 육플루오르화황 (SF6) 등이 있다.

3.2. 산 및 알칼리공업

황산(화학), 질산, 염산, 인산, 제염, 탄산나트륨, 수산화나트륨, 암모니아, 비료, 무기약품공업 등이 주된 초점이 된다.
탄산나트륨은 염화나트륨 (NaCl)의 포화 수용액에 암모니아와 이산화탄소를 반응물질로 사용해서 제조한다.

3.2.1. 비료공업

비료의 3요소는 N, K, P (질소, 칼륨, 인) 이다.
비료를 성분별로 나누면 질소질 비료, 칼륨 비료, 인 비료 등으로 나눌 수 있다.
  • 질소질 비료
    • 요소: 질소분을 46% 함유하고 있으며 비료 효과가 크다는 장점이 있다. 하지만 흡습성이 크다는 단점이 있다. 암모니아와 이산화탄소를 고온 고압에서 반응시켜 얻으며, 물에 녹으면 염기성을 나타낸다.

3.3. 전기화학공업

1차 전지, 2차 전지, 연료전지, 부식과 방식 등에 대해 출제된다.
전기 화학 반응은 전극의 표면 근처에서만 가능하다. 반응 속도는 전류에 비례한다. 전극 전위는 전극 내 전자의 에너지를 의미한다. 전류와 전극 전위를 동시에 조절할 수는 없다.
연료전지는 내연기관에 비해 전환 효율이 매우 높다. 일반적으로 수소와 산소를 전기화학적으로 반응시키는데, 이 경우 산화전극에는 수소가 사용되고 환원전극에는 산소가 사용된다. 고온형 연료전지에서 전해질로는 탄산염, 세라믹산화물 등이 쓰인다.
연료전지
전해질
용융탄산염 연료전지 (MCFC)
Li2CO3 , K2CO3
고체 전해질 연료전지 (SOFC)
Y2O3 , ZrO2
인산염 연료전지 (PAFC)
H3PO4

3.4. 금속공업, 촉매

금속의 제련과 제품, 촉매에 대해 다룬다.

3.5. 반도체 및 전자재료

  • 전자재료로는 란탄족 원소들이 희토류로 많이 쓰인다.

3.6. 무기정밀화학공업

제올라이트, 활성탄, 형광체, 디스플레이, 실리콘 등이 이에 해당한다.
  • 제올라이트 (zeolite) 중 ZSM-5는 흡착제, 촉매 및 세제 원료로 널리 사용된다. 규소, 알루미늄, 산소 등으로 구성되어 있다.

3.7. 세라믹스 공업

유리, 시멘트, 도자기, 내화물, 단열재, 기능성 세라믹스 등이 이에 해당한다.

3.8. 핵

원자력공학을 극히 일부 다룬다.

3.9. 분석

나노 테크놀로지, 분석에 대해 극히 일부 다룬다.

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