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1. 대기 중 이산화탄소 농도와 질량 계산
1.1. 이상기체방정식을 이용한 이산화탄소 몰수 계산
이상기체방정식을 이용한 이산화탄소 몰수 계산은 다음과 같다.
25°C, 1기압(atm)의 대기 중 이산화탄소(CO2) 농도가 400ppm일 때, 100m³의 공간에 존재하는 이산화탄소의 몰수를 계산할 수 있다. ppm은 백만분율을 나타내는 단위이므로, 400ppm의 의미는 대기 중 이산화탄소의 양이 백만분의 400, 즉 0.04% 존재한다는 것이다.
이상기체방정식은 PV = nRT로 표현되며, 여기서 P는 압력, V는 부피, n은 몰수, R은 기체상수, T는 절대온도를 의미한다. 주어진 조건에서 압력 P는 1기압(1atm)이고, 부피 V는 100m³이다. 기체상수 R은 0.08206 L·atm/(K·mol)이며, 절대온도 T는 25°C에서 273.15K로 환산할 수 있다.
이를 이상기체방정식에 대입하면 다음과 같다.
n = PV / (RT)
= (1atm) (100,000L) / {(0.08206 L·atm/K·mol) (298.15K)}
= 40.86mol
따라서 25°C, 1기압(atm)의 대기 중 이산화탄소(CO2) 농도가 400ppm일 때, 100m³의 공간에 존재하는 이산화탄소의 몰수는 약 40.86mol이다.
1.2. 이산화탄소 몰질량을 이용한 질량 계산
이산화탄소(CO2)의 몰 질량은 44.01g/mol이다. 앞서 계산한 이산화탄소의 몰 수에 이 몰 질량을 곱하면 이산화탄소의 질량을 구할 수 있다.
질량 계산식은 다음과 같다.
CO2 질량(mg) = nCO2 × 44.01g/mol × 1000mg/g
여기서 nCO2는 앞에서 계산한 이산화탄소의 몰 수이다.
앞서 계산한 바와 같이, 25°C, 1기압 조건에서 CO2 농도가 400ppm이고 부피가 100m3인 경우, nCO2는 약 0.0163몰이다.
이를 대입하면 다음과 같은 계산이 이루어진다.
CO2 질량(mg) = 0.0163mol × 44.01g/mol × 1000mg/g = 719.36mg
따라서 25°C, 1기압 조건에서 이산화탄소 농도가 400ppm이고 부피가 100m3인 경우, 해당 공간에 존재하는 이산화탄소의 질량은 약 719.36mg이다.
2. 대기환경기준 오염물질 특성
2.1. 아황산가스(SO2)
아황산가스(SO2)는 주로 화석 연료의 연소, 특히 석탄이나 석유 연소 시에 발생하는 무색의 가스이다. 이 가스는 또한 산업 공정 중에 발생하는 화학 반응으로 인해 생길 수 있으며, 자연적인 원인과 인간 활동이 복합적으로 작용하는 결과라 할 수 있다. 특히 산업 활동이 활발한 지역에서 더 많이 발생한다.
이 물질은 호흡기에 직접적인 자극을 주어 기침이나 호흡곤란을 유발할 수 있으며, 장기적 노출 시에는 호흡기 질환의 위험을 증가시킨다. 또한, 아황산가스는 눈과 피부에 자극을 줄 수 있으며, 고농도의 노출은 더욱 심각한 건강 문제를 일으킬 수 있다.
환경 측면에서 보면, 아황산가스는 산성비의 주요 원인 물질이다. 수중 생태계와 토양에 해를 끼칠 뿐만 아니라, 건축물과 문화재에도 부식을 일으키는 원인이기도 하다.
대한민국 정부는 아황산가스를 포함한 대기 오염물질에 대해 엄격한 규제를 시행하고 있다. 환경정책기본법에 의거하여, 정부는 석탄 및 기타 화석 연료 사용을 줄이고, 청정 에너지원으로의 전환을 장려하고 있다. 또한, 산업시설에 대한 오염 배출 허용 기준을 설정하고, 이를 준수하지 않는 시설에는 벌금이나 기타 제재를 가하고 있다.
2.2. 이산화질소(NO2)
이산화질소(NO2)는 질소와 산소가 결합하여 이루어진 가스로, 강한 산화성과 자극적인 특유의 냄새를 가지고 있다. 이 물질은 빨간갈색 가스 형태로 존재하며, 대기 중에서 질소산화물(NOx)의 주요 구성 성분 중 하나이다.
이산화질소는 자연적으로 발생하기도 하지만, 대부분은 인간의 활동으로 인해 발생한다. 주요 발생 원인으로는 자동차 엔진, 발전소, 공장 등에서의 화석연료 연소 과정을 들 수 있다. 특히 도시와 산업 지역에서의 농도가 높으며, 교통량이 많은 지역에서는 더욱 심각한 수준에 이를 수 있다.
이산화질소의 특성상, 대기 중에 존재할 때 태양광의 영향을 받아 광화학 반응을 일으키며 오존(O3)을 형성한다. 이 과정은 광화학 스모그의 주요 원인 중 하나로, 여름철 대도시에서 흔히 발생하는 현상이다. 광화학 스모그는 인간의 건강 뿐만 아니라 작물, 야생 동식물에도 해로운 영향을 미친다.
이산화질소는 인간 건강에 여러 가지 유해한 영향을 미친다. 단기간 노출의 경우, 눈, 코, 목의 자극을 유발하며, 장기간 노출 시에는 호흡기 문제, 천식의 악화, 폐기능 감소와 같은 심각한 건강 문제를 일으킬 수 있다. 특히 어린이와 노약자, 호흡기 질환자에게 그 위험성이 더 크다.
환경적인 측면에서는, 이산화질소가 산성비를 유발하는 주요 요인 중 하나로, 토양과 수질의 산성화를 초래하고 농작물, 숲, 수생 생태계에 해를 끼칠 뿐만 아니라 건축물의 부식을 가속화시킨다.
이처럼 이산화질소는 대기 오염...
