게시판 > 질답게시판 > 화학반응에 관련된 질문 다시 드립니다.

스테파노 Stefano

08-04-19 20:51

(0) 질문 시 고유별명(ID)를 요청한 것은 야생동물(외국의 인터넷에서는 이렇게 길들여지지 않은 "wild animal"이라고 표현하는 경우가 많습니다.)의 출몰을 방지하기 위함입니다. 양해해 주시기 바랍니다. 이곳은 네이버의 지식인과같이 운영되는 곳이 아닙니다.

또 질문시 불필요한 줄바꿈은 인터넷 자원의 낭비일 뿐 아니라 한눈에 잘 들어오지도 않습니다. 꼭 필요한 곳에서만 줄바꿈하는 것을 권합니다. 질문시 질문 배경을 언급하면 질문자의 경험수준, 학력을 짐작할 수 있어서 답변 시 참고할 수가 있습니다. 그렇지 않으면 미주알 고주알 모두 담아내거나 질문 답변이 지극히 소홀해 질 수가 있답니다. 참고하세요.

(1) 산소가 없이 질소분위기에서라면 (질소는 반응에 참여하지 않을 것으로 봄) 고온에서
SiH4+ 4/3NF3-------->SiF4 + 4/3 NH3..................(1)....SiF4 생성반응
SiH4--------------------->Si + 2H2........................(2)....SiH4 분해반응
SiH4+ 4/3NF3-------->Si + 4HF + 2N2...............(3)....SiH4 분해 및 HF 생성반응
2NF3 ------------------->N2 + 3F2.........................(4)....NF3 분해반응

산소가 존재하는 고온반응이라면
SiH4 + 2O2 --------->SiO2 + 2H2O............................(5)....SiH4 연소반응
2SiH4 + 2NF3 + 4O2-->2SiO2+N2O3 + 6HF+2H2O.....(6)....SiH4연소 및 HF생성반응
N2O3 + 6HF-------------> 3F2 + N2 + 3H2O.................(7)....HF의 (N2O3에 의한)산화반응
2SiH4+ 2NF3 + 4O2-->2SiO2+3F2+N2+5H2O.............(8)....(6)과(7)반응의 합

와 같은 반응이 일어날 수 있다고 추정하는데,

(2)반응의 진행 가능성
만일 위의 반응이 실제로 일어나는지 그렇지 않은지는 Free Energy 증가여부를 계산해 봐야 할것입니다. 즉, 각 생성(예상)물질의 Free Energy of Formation(FOF)의 합에서 반응(예상)물질의 FOF의 합을 뺀 Free Energy 증감이 음수라고 한다면 반응이 실제로 일어납니다. 반응은 FOF가 감소하는 반응으로 진행되기 때문입니다. 이는 열이 높은 온도에서 낮은 온도로 흘러가는 것과 같은 자연원리입니다.

그렇다고 해서 반응이 일어나는 속도를 알 수 있는 것은 아닙니다.
(즉 순식간에 반응하여 폭발이 일어나는지는 알 수 없습니다. )

(3) 고온 플라스마 상태라면..
그렇지만 반응물질이 고온의 플라스마 상태에 놓인다고 하면 충분히 반응이 일어날 수 있도록 활성화가 되어있기 때문에 정도의 차이지만 위의 (6)개의 반응이 일어날 가능성이 있다고 봅니다. 물론 산소가 없으면 (1)~(4)의 반응식만 점검해 보면 됩니다. 그러나 자연현상이나 반응이 전체적인 흐름이 그렇다는 것이지 아주 미량이라도 이런 반응이 포함될 수 있다는 것에 유념하세요.

(4) 필자의 소견
자료가 없어서 판단할 수가 없지만 정성적으로 필자(화학이 아니고 화공전공자)의 소견으로 판단하면 (1)의 반응이 주로 일어날 것이고 극히 일부(2~4)반응이 일어날 것으로 봅니다. 산소가 있는 경우라면 (5),(8)의 반응이 주로 일어날 것으로 봅니다.

(5) 폭발 가능성??
폭발은 모여있던 반응물질이 순식간에 반응하여 크게 부피가 늘어나 주변에 압력 충격을 주는 현상입니다.
만일 별도로 반응물들이 버너에 공급되자마자 소모된다면 버너끝에서 연속적으로 연소나 반응을 일으키게 될 것이므로 불꽃이 꺼지는 것만 방지하면 크게 우려할 일은 아닙니다.

(6) 실험으로 확인
이미 불꽃이 있는 버너에 위의 물질들을 분리해서 공급해서 반응이 일어나는지 확인 해 보고 그 생성물을 분석해 보면 될 것입니다. 안전유지는 항상필요하므로 반드시 주위에서 경험자의 도움을 받도록 하세요.

(0) 질문 시 고유별명(ID)를 요청한 것은 야생동물(외국의 인터넷에서는 이렇게 길들여지지 않은 "wild animal"이라고 표현하는 경우가 많습니다.)의 출몰을 방지하기 위함입니다.  양해해 주시기 바랍니다.   이곳은 네이버의 지식인과같이 운영되는 곳이 아닙니다.

또 질문시 불필요한 줄바꿈은 인터넷 자원의 낭비일 뿐 아니라 한눈에 잘 들어오지도 않습니다.   꼭 필요한 곳에서만 줄바꿈하는 것을 권합니다.   질문시 질문 배경을 언급하면 질문자의 경험수준, 학력을 짐작할 수 있어서 답변 시 참고할 수가 있습니다.   그렇지 않으면 미주알 고주알 모두 담아내거나 질문 답변이 지극히 소홀해 질 수가 있답니다.  참고하세요.

(1) 산소가 없이 질소분위기에서라면 (질소는 반응에 참여하지 않을 것으로 봄) 고온에서 
SiH4+ 4/3NF3-------->SiF4 + 4/3 NH3..................(1)....SiF4 생성반응
SiH4--------------------->Si    + 2H2........................(2)....SiH4 분해반응
SiH4+ 4/3NF3-------->Si    + 4HF + 2N2...............(3)....SiH4 분해 및 HF 생성반응
2NF3 ------------------->N2  + 3F2.........................(4)....NF3 분해반응

산소가 존재하는 고온반응이라면
SiH4 + 2O2 --------->SiO2  + 2H2O............................(5)....SiH4 연소반응
2SiH4 + 2NF3 + 4O2-->2SiO2+N2O3 + 6HF+2H2O.....(6)....SiH4연소 및 HF생성반응 
N2O3 + 6HF-------------> 3F2 + N2 + 3H2O.................(7)....HF의 (N2O3에 의한)산화반응
2SiH4+ 2NF3 + 4O2-->2SiO2+3F2+N2+5H2O.............(8)....(6)과(7)반응의 합

와 같은 반응이 일어날 수 있다고 추정하는데,

(2)반응의 진행 가능성
만일 위의 반응이 실제로 일어나는지 그렇지 않은지는 Free Energy 증가여부를 계산해 봐야 할것입니다.  즉, 각 생성(예상)물질의 Free Energy of Formation(FOF)의 합에서 반응(예상)물질의 FOF의 합을 뺀 Free Energy 증감이 음수라고 한다면 반응이 실제로 일어납니다.  반응은 FOF가 감소하는 반응으로 진행되기 때문입니다.  이는 열이 높은 온도에서 낮은 온도로 흘러가는 것과 같은 자연원리입니다.

그렇다고 해서 반응이 일어나는 속도를 알 수 있는 것은 아닙니다.  
(즉 순식간에 반응하여 폭발이 일어나는지는 알 수 없습니다. )

(3) 고온 플라스마 상태라면..
그렇지만 반응물질이 고온의 플라스마 상태에 놓인다고 하면 충분히 반응이 일어날 수 있도록 활성화가 되어있기 때문에 정도의 차이지만 위의 (6)개의 반응이 일어날 가능성이 있다고 봅니다.  물론 산소가 없으면  (1)~(4)의 반응식만 점검해 보면 됩니다.   그러나 자연현상이나 반응이 전체적인 흐름이 그렇다는 것이지 아주 미량이라도 이런 반응이 포함될 수 있다는 것에 유념하세요.

(4) 필자의 소견
자료가 없어서 판단할 수가 없지만  정성적으로 필자(화학이 아니고 화공전공자)의 소견으로 판단하면 (1)의 반응이 주로 일어날 것이고 극히 일부(2~4)반응이 일어날 것으로 봅니다.  산소가 있는 경우라면 (5),(8)의 반응이 주로 일어날 것으로 봅니다.

(5) 폭발 가능성??
폭발은 모여있던 반응물질이 순식간에 반응하여 크게 부피가 늘어나 주변에 압력 충격을 주는 현상입니다.  
만일 별도로 반응물들이 버너에 공급되자마자 소모된다면 버너끝에서 연속적으로 연소나 반응을 일으키게 될 것이므로 불꽃이 꺼지는 것만 방지하면 크게 우려할 일은 아닙니다.

(6) 실험으로 확인 
이미 불꽃이 있는 버너에 위의 물질들을 분리해서 공급해서 반응이 일어나는지 확인 해 보고 그 생성물을 분석해 보면 될 것입니다.  안전유지는 항상필요하므로 반드시 주위에서 경험자의 도움을 받도록 하세요.

현창	08-04-19 21:40

감사합니다. 정말 급했는데 많은 도움이 되었습니다.
앞으로 고유별명 및 줄바꿈, 질문법 등에 대하여 말씀하신대로 올리도록 하겠습니다.