인류 문명과 화학

인류 문명과 화학

1. 불의 발견과 이용

1) 불의 발견 : 인류 문명의 역사는 불의 사용과 더불어 시작되었다. 인류의 지능이 발달함에 따라 화산 폭발이나 번개, 산불 등에서 자연적으로 발생하는 불을 이용할 수 있었고, 차츰 나무를 마찰시켜 스스로 불을 피울 수 있게 되었다.
⇒ 연소 반응 이용 : 산소(O₂)

2) 불의 이용

① 불을 이용하여 자연의 위협으로부터 생명을 지켜 종족 유지가 가능하게 되었다.

② 토기를 제작 -> 곡물이나 음식물을 저장, 음식의 조리, 식기 등으로 이용할 수 있는 토기를 만들어 사용함으로써
생활의 질이 한층 발전할 수 있었다.

3) 석기 시대에서 청동기, 철기 시대로
⇒ 구리, 철, 금
CuO ⟶ Cu
Fe₂O₃ ⟶ Fe

4) 화학의 출발, 연금술 : 중세 연금술사들은 납과 같은 값싼 금속에 여러가지 물질을 넣고 가열하여 금을 만들려고 노력했다.

2. 철의 발견과 이용

1) 철의 발견 : 농기구나 도구를 만들어 사용

2) 철의 제련: 철광석을 목탄이나 코크스와 함께 가열하여 순수한 철을 얻는 과정

3) 철과 구리의 이용시기 : 반응성이 작은 금속의 구리는 자연 상태에서 쉽게 얻을 수 있지만, 철은 반응성이 커서 산화물로부터 산소를 떼어 내는 과정(제련)이 까다롭고, 녹는점이 높은 철(1538℃)은 구리(1085℃)보다 가공이 어렵기 때문에 철이 사용되기 시작한 시기가 구리보다 늦은 것이다.

4) 지각을 구성하는 원소의 비율(질량비)
O > Si > Al > Fe > Ca > Na > K > Mg

3. 암모니아의 합성과 이용

1) 단백질의 구성 원소 : 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N)

2) 질소 고정 : 질소의 일부는 번개와 같은 높은 에너지에 의해 산소와 반응하거나, 질소 고정 박테리아에 의해 질소 화합물로 전환된다.

3) 질소의 순환

※ N₂는 반응성이 매우 작다.

4) 하버-보슈 법 :

4. 화석 연료의 이용
1) 화석 연료 : 동식물의 화석이 높은 온도와 압력에 의해 변성되어 생성된 에너지원이다.
⇒ 탄소(C), 질소(N)

2) 석탄의 이용 : 18~19세기에는 석탄을 연료로 사용하는 증기 기관을 이용한 증기 기관차나 선박 등을 만드는 등 산업 혁명 시대를 열었다.

3) 석유의 이용 : 석유 가스, 나프타, 항공기와 디젤 엔진, 등유, 경유, 중유

‣ 액화 천연 가스 : 끓는점 25℃ 이하
ex) 가정용 연료 🍲🔥

‣ 나프타 : 끓는점 40~160℃
ex) 자동차 연료 🚗💨 , 화학 제품의 원료 🛢

‣ 등유 : 끓는점 160~250℃
ex) 항공기의 연료 🛩

‣ 경유 : 끓는점 250~300℃
ex) 디젤 엔진 차량의 연료 🚅

‣ 중유 : 끓는점 300~350℃
ex) 배의 연료 🛳

‣ 아스팔트
ex) 도로 포장재의 원료 ⛟

4) 천연 가스의 이용 : 주성분은 LNG(CH₄)이고, 메테인의 끓는점은 -161℃이므로 천연 가스는 상온에서 기체로 존재한다.
⇒ 압축 천연 가스(CNG) : 천연 가스를 200기압 이상으로 압축한 것

5) 화석 연료의 문제점 : 이산화 탄소(CO₂)가 지구 온난화를 가속시키고 있다.
⇒ 온실 기체의 배출량과 화석 연료의 사용량을 줄여애 한다. 친환경적이고 지속적으로 공급이 가능한 신재생 에너지(태양 에너지, 수소 에너지 등)을 개발해야한다.