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1. 명칭 분류

  1. 메탄, 에탄, 프로판은 어떤 탄화수소에 속하는가?
  2. 알켄의 일반식을 쓰시오.
  3. 다음 삼중 결합을 가진 탄화수소는?
    에탄 에틸렌 아세틸렌 벤젠
  4. 벤젠의 분자식을 쓰시오.
  5. 방향족 탄화수소의 예를 가지 쓰시오.
  6. 알카인과 알켄의 차이점을 간단히 설명하시오.
  7. 알케인의 일반식을 쓰시오.
  8. 알카인에 해당하는 대표적인 화합물의 이름을 가지 쓰시오.
  9. 알켄, 알카인, 알케인 이중 결합을 가진 것은 무엇인가?
  10. 방향족 탄화수소의 특징을 가지 쓰시오.

2. 구조와 성질

  1. 프로펜의 구조식을 그리시오.
  2. 톨루엔의 구조식을 그리시오.
  3. 자일렌의 구조식을 그리시오.
  4. 알코올과 에테르의 차이점을 간단히 설명하시오.
  5. 알데하이드와 케톤의 공통점을 가지 쓰시오.
  6. 카복실산의 구조에서 반드시 포함되는 작용기는 무엇인가?
  7. 에스터의 구조식을 간단히 그리시오.
  8. 알코올의 분자식 예시를 가지 쓰시오.
  9. 알데하이드와 카복실산의 차이점을 가지 쓰시오.
  10. 알케인, 알켄, 알카인 가장 반응성이 것은?

3. 명명법

  1. CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ 이름은 무엇인가?
  2. CH₂=CH-CH₃ 이름은 무엇인가?
  3. CH≡C-CH₃ 이름은 무엇인가?
  4. CH₃-CHO 이름은 무엇인가?
  5. CH₃COOH 이름은 무엇인가?
  6. CH₃-O-CH₃ 이름은 무엇인가?
  7. C₆H₅-CH₃ 이름은 무엇인가?
  8. CH₃-COO-CH₃ 이름은 무엇인가?
  9. CH₃-CH₂-OH 이름은 무엇인가?
  10. C₆H₄(CH₃)₂에서 메틸기가 이웃한 위치에 있을 때의 이름은?

4. 반응과 용도

  1. 알켄이 브롬수와 반응하면 어떤 변화가 일어나는가?
  2. 알카인이 수소(H₂) 반응하면 어떤 변화가 일어나는가?
  3. 벤젠에 메틸기가 하나 치환된 화합물의 이름은?
  4. 알코올이 산화되면 어떤 물질이 되는가? (대표적인 예시 1가지)
  5. 에스터가 만들어지는 반응에 필요한 가지 물질을 쓰시오.
  6. 알데하이드가 산화되면 생성되는 화합물은?
  7. 카복실산이 포함된 대표적인 식품 첨가물의 예를 가지 쓰시오.
  8. 에탄올이 포함된 음료를 무엇이라고 하는가?
  9. 벤젠이 건강에 미치는 영향 하나를 쓰시오.
  10. 에스테르는 주로 어떤 용도로 사용되는가?

 

 

 

 

 

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HAP

1. 객관식 ( 2)

  1. 다음 HAP 해당하지 않는 물질은?
    벤젠 톨루엔 이산화탄소 포름알데히드
  2. HAP 주요 배출원으로 적절하지 않은 것은?
    자동차 배기가스 화력발전소 속의 나무 도장 공장
  3. HAP 인체에 미치는 영향이 아닌 것은?
    호흡기 질환 피부 자극 시력 향상 신경계 손상
  4. 다음 방향족 탄화수소에 속하는 HAP?
    아세틸렌 벤젠 메탄 프로판
  5. HAP 관리와 관련된 국제 협약은?
    몬트리올 의정서 교토 의정서 스톡홀름 협약 파리 협정

2. 단답형 ( 3)

  1. HAP 약어를 풀어쓰시오.
  2. 톨루엔이 주로 사용되는 산업 분야를 가지 쓰시오.
  3. HAP  발암성 있는 물질을 가지 예시하시오.
  4. 대기 HAP 농도를 측정하는 사용하는 기기 이름을 쓰시오.
  5. HAP 환경에 미치는 영향 하나를 서술하시오.

3. 서술형 ( 5)

  1. HAP 일반 대기오염물질(: 미세먼지, 오존) 차이점 설명하시오.
  2. 자동차 배기가스에 포함된 HAP 가지 제시하고, 각각의 건강 영향을 서술하시오.
  3. 실내에서 HAP 노출을 줄이는 방법 가지 제안하시오.
  4. EPA(미국 환경보호청) HAP 규제하는 이유 환경과 건강 측면에서 설명하시오.

4. 자료 분석 ( 4)

  1. 다음 표를 보고 물음에 답하시오.
    | HAP
    종류 | 주요 배출원 |
    |----------|-------------|
    |
    벤젠 | 휘발유, 공장 |
    |
    톨루엔 | 도료, 접착제 |
    |
    포름알데히드 | 합판, 가구 |

문제: 톨루엔의 노출을 줄이기 위해 가정에서 실천할 있는 방법은?

  1. 다음 그래프는 지역별 HAP 농도를 나타낸 것이다.
    ![HAP
    농도 그래프]
    문제: 공업단지 인근(A 지역) HAP 농도가 높은 이유를 분석하시오.

5. OX 문제 ( 1)

17. (  ) HAP 자연적으로만 발생하며 인위적 활동과 무관하다.

18. (  ) 에어컨 필터 교체는 실내 HAP 농도 감소에 도움이 된다.

 

 

중금속 

1. 객관식 (각 2점)

  1. 다음 중 대기 중 중금속에 해당하지 않는 것은?
    ① 납(Pb) ② 수은(Hg) ③ 이산화탄소(CO₂) ④ 카드뮴(Cd)
  2. 중금속이 인체에 미치는 영향으로 옳지 않은 것은?
    ① 신경계 손상 ② 성장 장애 ③ 비타민 합성 촉진 ④ 신장 장애
  3. 다음 중 중금속의 주요 배출원이 아닌 것은?
    ① 자동차 배기가스 ② 산업 폐수 ③ 농작물 광합성 ④ 폐기물 소각
  4. 수은 중독으로 인한 대표적인 질병은?
    ① 미나마타병 ② 이타이이타이병 ③ 페스트 ④ 천연두
  5. 카드뮴이 쌀을 통해 인체에 들어와 뼈가 약해지는 질병은?
    ① 미나마타병 ② 이타이이타이병 ③ 파상풍 ④ 말라리아
  6. 다음 중 중금속에 포함되지 않는 것은?
    ① 크롬(Cr) ② 아연(Zn) ③ 산소(O₂) ④ 구리(Cu)
  7. 중금속이 대기 중에 존재할 때 환경에 미치는 영향은?
    ① 토양 오염 ② 수질 오염 ③ 생물 농축 ④ 모두 해당
  8. 중금속이 대기에서 인체로 들어오는 주요 경로가 아닌 것은?
    ① 호흡 ② 피부 흡수 ③ 음식물 섭취 ④ 빛의 흡수
  9. 납이 어린이에게 미치는 영향으로 옳은 것은?
    ① 학습 능력 저하 ② 시력 향상 ③ 근육 발달 촉진 ④ 골격 강화
  10. 중금속 오염의 대표적 산업 배출원은?
    ① 금속 제련소 ② 빵집 ③ 도서관 ④ 체육관

2. 단답형 (각 3점)

  1. 대기 중 중금속의 대표적 예시 3가지를 쓰시오.
  2. 중금속이 환경에서 잘 분해되지 않고 먹이사슬을 따라 농축되는 현상을 무엇이라 하는가?
  3. 중금속 오염을 줄이기 위한 산업체의 노력 한 가지를 쓰시오.
  4. 납, 카드뮴, 수은 중 하나를 골라 인체에 미치는 영향을 간단히 쓰시오.
  5. 중금속 오염이 심각한 지역에서 자주 사용하는 토양 정화 방법 한 가지를 쓰시오.

3. 서술형/응용 (각 4점)

  1. 중금속이 포함된 대기오염물질이 어떻게 토양과 수질 오염을 일으키는지 서술하시오.
  2. 산업 폐수에 포함된 중금속을 제거하는 대표적인 방법 두 가지를 설명하시오.
  3. 중금속 오염이 수생생물과 인간 건강에 미치는 영향을 각각 1가지씩 서술하시오.
  4. 중금속 오염을 줄이기 위해 우리가 실생활에서 할 수 있는 실천 방법을 두 가지 쓰시오.
  5. 중금속 오염의 위험성을 알리는 학교 캠페인 포스터 문구를 직접 만들어 보시오.

 

 

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교재 및 PPT발표 내용 외 공부할 것들

 

1. 1차/2차 오염물질의 발생과 농도의 일변화

 

2. 대표적인 대기오염 사건들

 

3. 대기오염 분류

 

4. 각 가스상 오염물질의 특징, 발생원 (화학식), 저감방안

  • 아황산가스
  • 일산화탄소
  • 질소산화물
  • 오존

5. 대류권 오존 특징, 생성원인, 농도 변화

  •     VOC 존재 여부에 따른   오존 생성 매커니즘 차이
  •     Ozone isopleth

6. free radical과 그 sources

 

 

7. 대기오염물질 scale

 

 

 

 

 

 

 

 

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O3-CO 일변화

CO oxidation

 

 

 

Sources of CH4 (메탄):

Roughly 10% of ·OH in the troposphere reacts with CH4 
[CH4] ~ 1.6 – 1.7 ppm (global avg.)

  • Biological process of methanogenesis, such as enteric fermentation (e.g. in cows)
  • Natural wetlands
  • Rice paddies (in the soil)
  • Termite guts
  • Landfills
  • Fossil fuel reservoirs (so called ancient methanogenesis). 
  • Anthropogenic fossil-fuel combustion
  • Biomass burning
  • Sink of methane:
  • Atmospheric oxidation

 

CH4 oxidation

HCHO (포름알데하이드)

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O3, NO2 일변화

Sources of NOx 

higher temperature combustion
biomass burning
lightning

NOx, the source of O3:

Sinks of O3 :

Termination of HOx

 

오존 농도 계산

 

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1. 오존 요리 재료

  • NOx, VOCs, hv

 

2. 오존 화학

  • O3 생성 by NO2 반응

  • O3 생성 by NO2 반응

 

그림 설명

기본적으로 NO2가 반응식에 보이면, 광화학 반응에 의해 O3을 생성한다고 알고 있어야 함. 

1. NOx-NO2 반응

하지만, NOx-NO2 상호간의 변화는 null-cycle 로서 O3을 생성하지 않음

NO2가 태양광에 의해서 NO + O로 해리되고 O2와 만나 O3를 생성할 지라도, 다시 오존이 NO에 의해서 소멸되므로 알짜 방정식에서 O3은 생성되지 않음.

그 외 다른 물질들이 광화학 연쇄반응식 중간에 NO2를 생성한다면, 알짜식에서 반드시 O3 생성

2. VOC-NO 반응

VOC radical (RO2*)이 NO와 반응하면 O* + NO가 NO2를 생성함. 이후 태양광에 의해 자연스럽게 O3 생성

3. VOC/NOx 비율이 높은 경우

NOx 농도가 낮아 VOC/NO2가 높은 경우, RO2*은 O3 생성 반응보다 과산화물(peroxide) 생성 반응을 더 선호하여, ROOR'을 생성한다. ROOR'의 전형적인 예는 과산화수소(H2O2).

4. VOC/NOx 비율이 낮은 경우

NOx 감소는 OH를 더 많이 생성하여 RO2*를 증가시켜 O3 생성 가속. 

 

 

 

 

 

오존 등치선 (O3 isopleth)

EPA EKMA 에서 사용한 전형적인 O3 isopleth

O3 오염은 비선형관계로 결정됨.

Adapted from Dodge, 1977

NOx-limited 지역

주로 도시 풍하측 또는 교외 지역

"NOx-limited": 그 지역의 O3농도는 NOx에 의해 주로 결정된다는 의미

 

VOC-limited 지역

주로 대기오염이 높은 도시 지역

"VOC-limited": 그 지역의 VOC농도는 O3에 의해 주로 결정된다는 의미

 

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  • 세계적인 대기오염 사건을 기초로 아래와 같이 도시 대기오염 유형을 분류할 수 있다. 
  • 교과서 등에는 런던 스모그, 로스엔젤레스 스모그가 대표
  • 하지만, 생성원인 분류을 생각하면 휴스턴과 중국 타입의 스모그를 추가할 수 있다. 

1. London Smog

Heavy fog in morning hours
Low inversion height (~ 300 ft)
[SO2] ~ 1.3 ppm

[Particles] ~ 4.5 mg m-3
Sulfurous fog (SO4(2-) by coal burning

2. Los Angeles Smog 

In the afternoon “Photochemical smog”

3. Houston Smog

In the afternoon “Photochemical smog”

우리나라는 정유공장이 많은 지역에서 발생할 수 있는 유형

4. In Asian countries

주로 중국발 미세먼지의 전형적인 유형

 

 

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  • 모든 과학은 분야별로 연구대상 규모(scale)이 있음. 
  • 기상학에서 사용하는 micro-, meso, synoptic, macro-scale 로 구분법이 대기화학에서도 그대로 적용 (시공간이 같이 때문)
  • 단절된 규모 간에 연결(bridge)은 가능
  • 하지만, scale 간에 통합은 선형성을 벗어나기에 연구 자체가 의미가 없을 수 있거나 비선형성으로 인해 상당히 어려울 수 있음.

 

 

출처: Atmospheric Sciences (Wallace and Hobbs)

 

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국내 대기화학 책보다 국외서가 더 많이 읽히기 때문에 용어정리가 필요하다. 

특히 Seinfeld & Pandis 책을 볼때는 이해가 되는 듯 하지만, 막상 기업이나 국내 학회에서 사용하는 용어는 한글로 번역되어야 하는데, 여러 학회 내에서 여전히 용어 정리 중이다. 

 

아래는 대기화학을 공부하는데 기초적인 대표물질들을 정리해 둔 것임(update 가능)

 

기본적으로 산화제는 동시에 환원제임

 

CO2 carbon dioxide (이산화탄소)
CO carbon monoxide (일산화탄소)
O3 ozone

NO nitrogen oxide (일산화질소)
NO2 nitrogen dioxide (이산화질소)

N2O nitrous oxide (아산화질소)
NO3- nitrate (질산염)
HNO3 nitric acid (질산)
N2O5 dinitrogen pentoxide (오산화질소)

S sulfur (황)
SO2 sulfur dioxide (이산화황)
SO3 sulfate trioxide (삼산화황)
SO4-2 sulfate (황산염)

NH3 ammonia (암모니아)
NH4+ ammonium (암모늄 이온)

 

OH hydroxly radical
HO2· (peroxy radicals)

CH3· (methyl radical)
CH3O2· (methyl peroxy radical)
CH3O· (methoxy radical)
HCHO (formaldehyde)

PAN (Peroxyacyl nitrates)

 

 

 

1. Hydroxy group (하이드록시기)

  • -OH으로 표시되는 작용기
  • '수산화기'는 잘못된 표현
  • 작용기 끼리 수소결합이 가능하여 친수성

  *OH( (Hydroxy radical; 하이드록실 라디칼)

  • 살균소독제인 염소(Cl2; Chlorine)보다 >200%, 과산화수소(peroxide)보다 >150% 강력한 살균력
  • 악취, VOC 및 세균을 분해
  • 오존보다 2000배, 자외선(UV)보다 180배 빠른 살균속도
  • lifetime < 1 s
  • 대류권에서의 지구 대기 산화제

  HO2* (Hydroperoxy radical; 하이드로퍼옥실 라디칼)

  • 성층권 오존 파괴와 관련
  • 대류권에서는 일산화질소를 이산화질소로 산화시켜 오존을 생성함
  • NO + HO2 → NO2 + OH

2. Methyl group (메틸기)

  • 메테인에서 나온 작용기
  • 반응성이 큰 미량기체     

   CH3* (Methyl radical; 메틸 라디칼)

   CH3O* (Methoxy radical; 메톡시 라디칼)

   CH3O2* (Methyl peroxyl radical; 메틸퍼옥실 라디칼)

 

 

3. Perxyacetyl nitrate (PAN)

 

  • 광화학 스모그에서 2차반응물질
  • 폐와 눈에 가려움을 유발
  • 온도가 올라가면, peroxyethanoyl radical과 NO2로 분해됨.
  •  

 

 

 

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공유결합과 이온결합의 구분

  • 공유결합이나 이온결합이나 모두 전자의 이동으로 인한 변화인데, 전자는 강력한 반응성이 되고 후자는 반응성과 결합성이 약한 이온이 될까? 
  • 공유결과과 이온결합은 다르기 때문인데, 이는 전자를 주고 받은 후 전자의 소유권이 "공동“(공유)이나 "단독“(완전 이전)이냐의 차이로 구분한다. 

 

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양자역학

The different energy levels are quantized

 

 

 

 

All processes above are determined by incoming energy. Other processes can be found a physical chemistry book.

 

광화학 광분해 Photolysis (Photo-dissociation)

분자가 광자를 흡수한다고 모두 화학변화를 유발하는 것은 아님.

분자의 구조와 에너지에 따라서 달라짐.

 

산소원자(O)의 산화반응

 

오존(O3) 산화반응

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Radiational absorption spectrum

 

 

Radiational Energy

1. Electronic energy level

2. Vibrational energy level

3. Rotational energy level

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1. 농도

2. 이상기체 방정식

3. 기체 부분압 구하기

 

 

 

기체부분압 구하기

 

aeir.tistory.com

 

4. 기체 분자 수농도 구하기

 

 

 

기체 분자수 구하기 (이상기체방정식)

 

aeir.tistory.com

5. 혼합비 (mixing ratio)

 

6. 대기구성 

7. 체류시간 (life time)

 

8. 체류기간에 따른 대기화학 규모분석

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출처: Wallace and Hobbs 

Which of the following gases has a mixing ratio in the northern hemisphere that is roughly twice that in the southern hemisphere?

Ar, CO, CO2, CH4

 

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From meteorology to air pollution

Weather <- H2O phase transformation

Air pollution <- gas phase (smog) / particular matter (haze)

                      Chemical species can be considered H2O in weather


Emissions

natural and anthropogenic inorganic compounds (NOx) 

organic compounds(VOC)

 

Chemical transformation 

1. Photochemistry

    oxidants: OH, O3

2. Gas−phase and heterogeneous chemistry

    "non−volatile" condensed -> aerosols -> dry/wet deposition

Connection between meteorology and atmospheric chemistry

  • Aerosols are the key between two areas
  • Cloud formation
  • Radiative transformation
  • Greenhouse effects (CH4, H2O, CO2, O3, CFCs)

 

 

Atmopspheric Chemistry

1. It is related to:

  • Organic chemistry (Alkane, Alkenes, Ketones, …)
  • Inorganic chemistry (sulfur, nitrogen, halogen compounds)
  • Physical chemistry (reaction rate, photolysis)
  • Nano chemistry (aerosols)
  • Biochemistry (humans, animals, plants)
  • Analytical chemistry (measurements)
  • Theoretical chemistry (Quantum chemistry)

2. Atmospheric radiation (scattering, absorption, cloud formation, circulations).
3. Observations from fields, lab, and satellites.

4. Numerical simulation 
5. Tropospheric chemistry 

  • Urban
  • remote continental
  • marine chemistry

6. Stratospheric chemistry 

 

 

Chemical Processes in the atmosphere

 

 

General Oxidation Processes

 

 

 

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