【환경화학】 2006 국가공무원 5급(기술) 제2문

2006 국가공무원 5급(기술) 제2문^]

 

추천글 : 【환경화학】 환경화학 목차 

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a. 기체

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당근 님 지적사항 수정 (23.06.27)

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Q. 지하수에 포함된 염소계 유기용매인 monochloroethene (VC) 및 tetrachloroethene (PCE, perchloroethene)를 분석하기 위하여 120 ml의 시료병에 20 ml의 시료를 채수하여 분석한 결과 VC 및 PCE 농도는 모두 11.5 ppm이었다. 

 

Q1. 지하수의 실제 VC 및 PCE 농도를 ppm으로 구하시오. (단, 이상기체상수 R은 0.082 ℓ·atm / mol·K이고, 25 ℃에서 VC 및 PCE의 K_H는 각각 22 및 26.9 atm / M이며, 분석 전 시료는 기-액 평형상태인 것으로 가정한다)

 

A1. 

○ K_H는 헨리 상수의 역수로서 기-액 평형에서 다음 수식을 구성함

 

기-액 평형에서 기체상의 압력 = K_H × 기-액 평형에서 액체상 내 용질의 농도

 

○ VC의 기체상 압력 = 22 atm / M × 11.5 ppm 

○ VC의 기체상 농도 = 22 atm / M × 11.5 ppm ÷ (0.082 L·atm / mol·K × 298 K) = 10.35358 ppm

○ 기체상 부피(100 ml)가 용질상 부피(20 ml)보다 5배 더 큶으로 지하수의 실제 VC 농도는 다음과 같음

 

11.5 + 10.35358 × 5 = 63.2679 ppm

 

○ PCE의 기체상 압력 = 26.9 atm / M × 11.5 ppm

○ PCE의 기체상 농도 = 26.9 atm / M × 11.5 ppm ÷ (0.082 L·atm / mol·K × 298 K) = 12.6596 ppm

○ 기체상 부피(100 ml)가 용질상 부피(20 ml)보다 5배 더 큶으로 지하수의 실제 PCE 농도는 다음과 같음

 

11.5 + 12.6596 × 5 = 74.798 ppm

 

Q2. VC 및 PCE 중 혐기성 상태에서 생물학적으로 환원되기 쉬운 물질을 선택하고, 그 이유를 설명하시오.

 

A2. 

○ VC의 구조

 

 

○ PCE의 구조

 

 

○ (참고) 유기화학에서의 환원성 비교 (알켄의 수소화 반응)

○ 요인 1. -Cl기는 전자 당김 유발효과가 있어 알켄의 과잉된 전자를 분산시킴

○ 요인 2. -Cl기는 공명효과에 의해 알켄의 과잉된 전자를 분산시킴

○ 요인 3. -Cl기는 입체장애가 있어 다른 반응물의 접근을 방해함

○ 알켄의 전자 밀도가 높을수록, 다른 반응물의 접근이 용이할수록 H₂ 첨가반응 등의 환원반응이 쉬우므로, 세 요인을 고려해 보았을 때 VC가 더 환원되기 쉬움

○ 환원성 : VC ＞ PCE 

 

Figure. 1. H₂ (1 eq.) 및 촉매 하 수소화 반응

(단, 생체 내에는 Pd/C 촉매는 없음을 유의)

 

○ (참고) 유기화학에서의 환원성 비교 (라디칼 첨가 반응)

○ 알켄에 전자가 첨가되면서 생기는 반응 중간체인 라디칼은 불안정함

○ 알켄에 Cl기가 결합할수록 불안정한 라디칼을 안정화하여 최종적으로 반응이 더 빠르게 일어남

○ 환원성 : VC ＜ PCE 

○ 생물학적 환원성 비교 

○ 알켄에 Cl기가 결합할수록 알켄이 더 많은 전자를 수용할 수 있게 하여 알켄의 환원성을 증가시킴

○ ref 1. 쏘이어 환경화학 (p. 375) 

○ ref 2. reductive declorination 

○ ref 3. electron tower 데이터

○ 환원성 : VC ＜ PCE  

 

입력: 2022.12.24 11:39

수정: 2023.06.27 09:21