밀도, 비중, 증기비중, 융점, 용해도의 정의와 소화전술 결정의 상관관계 (가스경보기 위치 선정 기준)

 

밀도, 비중, 증기비중, 융점, 용해도의 정의와 소화전술 결정의 상관관계 (가스경보기 위치 선정 기준)

 

 서론: 합격을 결정짓는 '기초 체력' 기르기

소방설비기사(기계/전기)나 위험물산업기사, 위험물기능장 시험을 준비하시는 수험생 여러분, 안녕하십니까. 공부를 처음 시작할 때 '소방원론'이나 '위험물 성상' 파트에서 쏟아지는 수많은 화학 용어들 때문에 당황하신 적 있으시죠?

"비중이 1보다 작다", "증기비중이 2.0이다", "수용성이다"...
이런 문구들은 단순히 외워야 할 숫자가 아닙니다. 실제 화재 현장에서 소방관이 물을 뿌릴지 특수 거품(포)을 쏠지 결정하고, 가스 감지기를 천장에 달지 바닥에 달지를 결정하는 생사가 걸린 기준이 됩니다.

오늘은 소방과 안전 분야에서 가장 기본이 되면서도, 실기 시험 문제의 근거가 되는 **5대 물성(Physical Properties)**인 밀도, 비중, 증기비중(증기밀도), 융점, 용해도에 대해 아주 상세하게 정리해 보겠습니다. 이 글 하나만 정독하시면 헷갈리던 개념이 완벽하게 잡히실 겁니다.

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밀도 비중 증기비중 융점 용해도

1. 밀도 (Density,⍴ ) : 물질의 응집력

(1) 정의 및 공식

밀도란 물질이 얼마나 빽빽하게 뭉쳐 있는지를 나타내는 척도입니다. 정확한 공학적 정의는 **"단위 부피당 질량"**입니다. 스펀지처럼 부피는 큰데 가벼운 물질은 밀도가 낮은 것이고, 쇠구슬처럼 작지만 무거운 물질은 밀도가 높은 것입니다.

 

 

                                                                 ⍴ =   m / V
> 
> ⍴ (rho): 밀도 (g/㎤,kg/㎥ )
> m : 질량 (Mass)
> V : 부피 (Volume)
  
(2) 소방에서의 기준값 (물)

모든 액체와 고체의 기준이 되는 것은 **'물(Water)'**입니다.

* 물의 밀도:1g/㎤  (정확히는 4℃, 1기압일 때 가장 큼)
* 특징: 물은 얼음(고체)이 되면 부피가 팽창하여 밀도가 0.917 g/㎤ 로 낮아집니다. 그래서 얼음이 물 위에 뜨는 것입니다. 이는 소방 배관의 **동파 사고** 원인이 되기도 하므로 매우 중요한 특성입니다.

(3) 기체의 밀도와 보일-샤를의 법칙

기체의 밀도는 온도와 압력에 따라 민감하게 변합니다.

* 압력이 높을수록 기체 분자가 빽빽해져 밀도가 커집니다.
* 온도가 높을수록 기체 분자가 활발해져 부피가 커지므로 밀도는 작아집니다.
* 화재 시 뜨거워진 연기가 위로 솟구치는 이유도 온도 상승 → 밀도 감소 → 부력 발생의 원리 때문입니다.

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 2. 비중 (Specific Gravity, ) : 물보다 뜨는가, 가라앉는가?

(1) 정의

비중은 **"어떤 물질의 밀도를 표준 물질(4℃의 물)의 밀도로 나눈 값"**입니다. 밀도와 달리 단위가 없는 무차원(Dimensionless) 수치입니다. 쉽게 말해 **"물보다 몇 배 무거운가?"**를 나타냅니다.

>    S = ⍴substance / ⍴water

(2) 판정 기준 (★시험 필수 암기)

소방 전술에서 가장 중요한 것은 **비중이 1보다 크냐 작냐**입니다.

* 비중 < 1 (물보다 가벼움): 물 위에 뜹니다.
* 해당 물질: 휘발유(0.75), 등유(0.8), 경유 등 대부분의 제4류 위험물(석유류).
* 소화 전술: 유류 화재 시 물을 뿌리면(주수 소화), 기름이 물 위에 둥둥 뜬 채로 흘러넘쳐 화재가 급격히 확대됩니다. 따라서 물 대신 **질식 효과가 있는 '포(Foam) 소화설비'**를 사용해야 합니다.


* 비중 > 1 (물보다 무거움): 물 아래로 가라앉습니다.
* 해당 물질: 이황화탄소(, 비중 1.26), 중유 등.
* 소화 전술: 이황화탄소는 가연성 증기가 나오지 못하도록 **물속에 담가서 보관(수조 보관)**하는 특이한 방법을 씁니다. 물보다 무겁기 때문에 가능한 방법입니다.



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 3. 증기비중 (Vapor Density) : 가스는 위로 가는가, 아래로 가는가?

(1) 정의

액체/고체의 기준이 '물'이었다면, 기체(가스)의 기준은 **'공기(Air)'**입니다. 증기비중(또는 증기밀도)은 **"어떤 기체의 분자량이 공기의 평균 분자량에 비해 얼마나 무거운가"**를 나타냅니다.

(2) 계산 공식과 '29'의 비밀

공기는 질소(, 28) 약 78%와 산소(, 32) 약 21% 등으로 섞여 있습니다. 이들의 평균 분자량을 계산하면 약 29g/mol이 됩니다.
 
>  증기비중 = 해당기체의 분자량/ 29

(3) 실무 적용: 가스누설경보기 설치 위치 (★실기 단골 문제)

이 계산 결과에 따라 가스 감지기를 천장에 달지 바닥에 달지 결정합니다.

* 증기비중 < 1 (가벼운 가스): 누출 시 천장으로 올라갑니다.
* 설치 위치: 천장으로부터 30cm 이내.
* 대표 물질:
* 수소(H₂): 분자량 2 ÷ 29 = 0.07 (매우 가벼움)
* 메탄(CH₄, LNG 주성분): 분자량 16 ÷ 29 = 0.55 (가벼움)
* 일산화탄소(CO): 분자량 28 ÷ 29 = 0.96 (약간 가벼움)


* 증기비중 > 1 (무거운 가스): 누출 시 바닥에 깔립니다. (대부분의 위험물이 여기에 속함)
* 설치 위치: 바닥으로부터 30cm 이내.
**대표 물질:
* 프로판(C₃H₈, LPG 주성분): 분자량 44 ÷ 29 = 1.52 (무거움)
* 부탄(C₄H₁₀): 분자량 58 ÷ 29 = 2.0 (공기보다 2배 무거움)
* 휘발유 유증기, 벤젠 증기 등.

**[시험 팁]** "아파트(LNG, 도시가스)는 감지기가 위에 있고, 식당(LPG 가스통)은 감지기가 아래에 있다"고 외우면 절대 안 까먹습니다.

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 4. 융점 (Melting Point) : 고체가 액체로 변하는 온도

(1) 정의

융점은 대기압(1atm) 하에서 고체 물질이 가열되어 액체 상태로 변하기 시작하는 온도를 말합니다. 반대로 액체가 고체로 변하는 온도는 **응고점(Freezing Point)**이라고 하는데, 순수한 물질의 경우 융점과 응고점은 같습니다.

(2) 위험성 판단

일반적으로 인화성 고체의 경우 융점이 낮을수록 위험할 수 있습니다.

* 화재 시 고체 상태로 타는 것보다, 열에 의해 녹아 액체가 되어 흘러내리면 화재 면적이 넓어지기 때문입니다.
* 제2류 위험물(가연성 고체)이나 특수인화물 중 일부가 여기에 해당합니다.

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 5. 용해도 (Solubility) : 어떤 소화약제를 쓸 것인가?

(1) 정의

용해도란 일정한 온도와 압력에서 용매(보통 물) 100g에 최대로 녹을 수 있는 용질의 g수를 의미합니다.
소방에서는 "몇 g이 녹느냐"보다는 "물에 녹느냐(수용성), 안 녹느냐(비수용성)"의 구분이 훨씬 중요합니다.

(2) 수용성 위험물의 소화 대책 (알코올형 포)

휘발유처럼 물에 안 녹는(비수용성) 기름은 일반 포 소화약제로 덮으면 질식 소화가 잘됩니다.
하지만 알코올, 아세톤, 에스테르류처럼 물에 잘 녹는 수용성 위험물은 다릅니다.

* 문제점: 일반 포를 쏘면, 알코올이 포(거품) 속에 있는 수분을 빨아들여 녹여버립니다(Dehydration). 그 결과 거품이 순식간에 터져서 소화 효과가 사라집니다.
* 해결책: 반드시 거품이 터지지 않도록 특수 처리된 **'내알코올포(Alcohol Resistant Foam)'**를 사용해야 합니다.
*시험 출제: "수용성 위험물 화재 시 적응성 있는 소화약제는?" → 정답: 알코올형 포

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 결론: 용어의 정의가 곧 안전의 기준이다

지금까지 소방과 위험물 안전관리의 기초가 되는 5가지 물성에 대해 알아보았습니다.

1. 밀도: 빽빽한 정도. (기체는 온도에 따라 변함)
2. 비중: 물(1)보다 크면 가라앉고, 작으면 뜬다. (기름화재 대응)
3. 증기비중: 공기(29)보다 크면 바닥, 작으면 천장. (감지기 위치)
4. 융점: 고체가 녹는 온도.
5. 용해도: 수용성이면 내알코올포를 써야 한다.

이 개념들은 단순히 시험 점수를 따기 위해서가 아니라, 현장에서 가스가 샜을 때 창문을 열어 환기를 시킬지(가벼운 가스), 빗자루로 쓸어내듯 불어내야 할지(무거운 가스)를 판단하는 실무 지식이 됩니다.

이 글이 여러분의 자격증 합격과 안전한 실무 활동에 든든한 기초석이 되기를 바랍니다. 다음 시간에는 연소의 형태(증발연소, 분해연소 등)에 대해 더 깊이 있는 내용으로 찾아오겠습니다. 감사합니다.