연기 (화학)
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1. 개요
연기는 기체 중에 미세 입자가 부유하는 상태를 말하며, 열분해나 연소 반응으로 생성된다. 연기의 화학적 조성은 연료와 연소 조건에 따라 다르며, 산소 공급이 충분하면 재나 물 입자가, 부족하면 유해 화합물이 발생한다. 연기에는 질량 연기 농도와 광학적 농도가 있으며, 입자 크기에 따라 핵 모드, 축적 모드, 거친 모드로 분류된다. 연기는 시야를 가리고 유독 가스를 포함하여 건강에 해로울 수 있으며, 일산화 탄소 중독, 호흡기 질환, 심혈관 질환 등을 유발할 수 있다.
연기는 기체 중에 미세 입자(10µm 미만)가 부유하는 상태를 말하며, 대부분 열분해나 연소 반응으로 생성된다.[69] 먼지나 모래가 날려 발생하는 먼지 연기와는 다르다.
연기는 주로 불완전 연소 과정에서 발생한다. 산소 공급이 부족하거나 온도가 충분히 높지 않으면 연료가 완전히 산화되지 못하고 다양한 중간 생성물이 만들어진다. 연기 입자는 크기에 따라 핵 모드(2.5~20nm), 축적 모드(75~250nm), 거친 모드(마이크로미터 이상)로 분류된다. 육안으로는 7μm(마이크로미터)보다 큰 입자 크기를 감지할 수 있다.[22]
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연기는 훈제, 방역, 신호 전달, 예술 등 다양한 용도로 사용되며, 훈제 식품, 발연통, 연막탄 등이 예시이다. 연기는 연소 과정에서 발생하며, 불완전 연소 시 유해 물질이 생성된다. 연기 측정 방법으로는 인라인 포집, 필터/희석 터널, 링겔만 척도, 광학 산란 등이 있다.
2. 정의 및 성질
== 정의 ==
안개도 공기 중에 물 입자가 부유하고 있는 상태이지만, 입자가 크고(10µm-50µm), 생성 과정도 크게 다르기 때문에 연기라고 부르지 않는다.[69] 그러나, 에어로졸로 보면 연기와 안개의 구별은 명확하기 어렵다.[69]
연기의 농도에는 공간 중 입자의 질량을 나타내는 '''질량 연기 농도'''와 빛이 어느 정도 차단되는지를 감쇠 계수로 계산하는 '''광학적 농도'''가 있다.[69]
== 성질 ==
=== 화학적 성질 ===
연기의 화학적 조성은 연소되는 연료의 특성과 연소 조건에 따라 달라진다. 산소 공급이 충분한 화재는 높은 온도에서 연소하며 적은 양의 연기가 발생하고, 입자는 대부분 재나 큰 온도 차이로 인한 물의 응축된 에어로졸로 구성된다. 고온에서는 질소 산화물이 생성되며,[6] 황 함량은 이산화황이나 황화 수소를 생성할 수 있다.[7] 탄소와 수소는 거의 완전히 이산화 탄소와 물로 산화된다.[8]
산소 부족으로 연소하는 화재는 더 광범위한 유해 화합물을 생성한다.[8] 탄소의 부분 산화는 일산화 탄소를 생성하고, 질소를 함유한 물질은 시안화 수소, 암모니아, 질소 산화물을 생성할 수 있다.[9] 수소 가스가 물 대신 생성될 수도 있다.[9] 염소와 같은 할로젠 함량은 염화 수소, 포스겐, 다이옥신, 클로로메탄, 브로모메탄 및 기타 할로카본 생성을 초래할 수 있다.[9][10] 불화 수소는 불소화 탄소에서 형성될 수 있으며, 화재에 노출된 불소 중합체 또는 할로카본 소화 약제에서 발생할 수 있다. 일부 난연제 첨가제로부터 인 및 안티몬 산화물과 그 반응 생성물이 형성될 수 있으며, 이는 연기 독성 및 부식성을 증가시킨다.[10]
폴리염화 바이페닐(PCB)의 열분해는 2,3,7,8-테트라클로로디벤조디옥신 및 기타 폴리염화 디벤조디옥신을 생성할 수 있다.[10] 산소가 있는 상태에서 테플론과 같은 불소 중합체의 열분해는 카보닐 플루오라이드를 생성하며, 사불화 탄소, 육불화 프로필렌, 과불화 이소부텐(PFIB) 등이 형성될 수 있다.[19]
불완전 연소 또는 연소의 열분해는 많은 양의 탄화수소를 생성한다. 여기에는 지방족 탄화수소(메탄, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌)와 방향족 탄화수소(벤젠 및 그 유도체, 다환 방향족 탄화수소)가 포함된다.[11] 또한 메탄올, 아세트산 등과 같은 휘발성 유기 화합물과 푸란 및 푸라논과 같은 덜 휘발성인 유기 종, 헤테로고리 화합물도 존재할 수 있다.[1][12] 더 무거운 탄화수소는 타르로 응축될 수 있으며, 타르 함량이 상당한 연기는 노란색에서 갈색이다.[13]
황의 존재는 황화 수소, 황산 카르보닐, 이산화황, 이황화 탄소, 티올과 같은 가스 형성을 초래할 수 있다. 부분 산화된 탄화수소는 알데히드(포름알데히드, 아크롤레인, 푸르푸랄), 케톤, 알코올(페놀, 구아이아콜, 시린골, 카테콜, 크레졸), 카르복실산(개미산, 아세트산) 등을 생성한다.
보이는 대기 입자 물질은 탄소(매연)로 구성된다. 다른 입자는 응축된 타르 방울 또는 재의 고체 입자일 수 있다. 금속 산화물 입자, 무기 염 입자(황산 암모늄, 질산 암모늄, 염화 나트륨)도 형성될 수 있다. 매연 입자 표면에 존재하는 무기 염은 이를 친수성으로 만들 수 있다. 많은 유기 화합물(방향족 탄화수소)은 고체 입자 표면에 흡착될 수 있다.
열화 우라늄 탄두는 산화 우라늄 입자를 생성한다. 자성 입자는 석탄 연기에 존재하며, 1860년 이후 증가가 산업 혁명의 시작을 나타낸다.[16] 플라이 애시는 실리카와 산화 칼슘으로 구성된다. 구형 입자는 액체 탄화수소 연료 연기에 존재한다. 비정질 실리카 입자는 실리콘 연소 시, 질화 규소 입자는 산소 부족 화재에서 형성될 수 있다. 실리카 입자는 집합체, 사슬로 뭉쳐진다.[19] 방사성 입자는 연료에 우라늄, 토륨 또는 기타 방사성 핵종의 흔적으로 인해 존재할 수 있다. 핫 파티클은 핵 사고 또는 핵전쟁 중 화재에 존재할 수 있다.
연기 입자는 입자 크기에 따라 세 가지 모드로 분류된다.
대부분의 연기 물질은 거친 입자에 있으며, 빠른 건식 침전을 거친다. 화재 발생 방 외부의 연기 손상은 작은 입자에 의해 매개된다.[30] 가시 크기를 초과하는 입자의 에어로졸은 화재의 예열 단계에서 물질의 초기 지표이다.[19]
수소가 풍부한 연료의 연소는 수증기를 생성하여 흰색 연기를 만든다. 연기 배출물은 특징적인 미량 원소를 포함할 수 있다. 바나듐은 석유 발전소 및 정유 공장 배출물에, 석유 공장은 니켈을 배출한다. 석탄 연소는 알루미늄, 비소, 크롬, 코발트, 구리, 철, 수은, 셀레늄, 우라늄을 포함한다.
바나듐 흔적은 바나듐산 방울을 형성, 금속의 부동태화 층을 공격하여 고온 부식을 유발한다. 황산염, 납 입자도 이러한 영향을 미친다.
구아이아콜 및 그 유도체는 리그닌 열분해 생성물, 목재 연기의 특징이다. 레텐은 침엽수 열분해 생성물, 산불 지표이다. 레보글루코산은 셀룰로스 열분해 생성물이다. 활엽수와 침엽수 연기는 구아이아콜/시린골 비율이 다르다. 차량 배기 가스 마커는 다환 방향족 탄화수소, 호판, 스테인, 특정 니트로아렌(1-니트로피렌)이 있다. 호판과 스테인의 원소 탄소 비율은 가솔린과 디젤 엔진 배출을 구별한다.[20]
많은 화합물이 입자와 관련될 수 있으며, 표면에 흡착되거나 액체 방울에 용해될 수 있다. 염화 수소는 매연 입자에 잘 흡수된다.[30] 석면 입자가 연기로 유입될 수 있다. 퇴적된 핫 파티클 방사성 낙진 및 생물 축적된 방사성 동위원소는 산불에 의해 대기로 유입될 수 있다.
폴리스티렌과 같은 방향족 측쇄는 연기 발생을 증가시킨다. 중합체 백본에 통합된 방향족 그룹은 연기를 덜 생성한다. 지방족 중합체는 연기를 가장 적게 생성하며, 첨가제는 연기 형성을 증가시킬 수 있다. 인 기반 및 할로겐 기반 난연제는 연기 생성을 감소시킨다. 중합체 사슬 간 높은 가교 결합도 영향을 미친다.[21]
연기는 화학적으로 그을음(그을음)이나 상온에서 액체인 물질이 기화 후 응결된 미세 입자 등이다[69]。
연기의 색이나 생성물은 발염 연소(발염 연소)인지 훈소 상태인지에 따라 다르다[69]。산소가 충분히 공급되는 발염 연소의 경우, 열분해 생성물 중 가연성 물질은 거의 다 타지만, 목재처럼 탄소 수가 많으면 고체 탄소를 유리하여 그을음을 생성한다[69]。화재 시 발염 연소에 의한 연기는 검은 연기가 된다[69]。산소가 부족한 훈소 상태에서는 일산화탄소 등 열분해물이 그대로 방출되어 유독 가스 위험이 커진다[69]。화재 시 목재 등 훈소 상태가 동시에 발생하고 있을 때는, 목초액, 목타르, 물 입자 등이 연기가 되어 방출되므로 연기 색은 옅거나 흰색이다[69]。
=== 물리적 성질 ===
육안으로는 7μm(마이크로미터)보다 큰 입자 크기를 감지할 수 있다.[22] 화재에서 방출되는 가시적인 입자를 연기라고 하며, 비가시적인 입자는 일반적으로 가스 또는 흄이라고 한다. 토스트를 토스터에 구울 때 빵이 가열되면서 연소 생성물의 크기가 증가하는데, 처음에 생성되는 흄은 보이지 않지만 토스트가 타면 보이게 된다. 이온화 챔버 유형의 연기 감지기는 연소 생성물 감지기로, 육안으로 보이지 않는 연소 입자를 감지한다.[22]
일반적인 가정 화재에서 발생하는 연기에는 수백 가지의 다양한 화학 물질과 흄이 포함되어 있다. 연기로 인한 피해는 종종 화재의 실제 열로 인한 피해를 초과할 수 있으며, 얼룩의 형태로 나타나는 경우가 많고, 연기 냄새를 제거하는 것은 더 어려운 문제이다.
연기 입자는 침강, 응집, 확산하는 성질이 있다.[69] 연기 입자의 밀도는 공기 밀도보다 크기 때문에 연기 입자는 종단 속도라는 일정한 속도로 점차 침강한다.[69] 오랫동안 부유하는 연기 입자는 반지름 1µm 이하의 입자이며, 브라운 운동에 의해 서로 응집하여, 반지름 1µm보다 커지면 점차 침강한다.[69] 연기 입자는 작을수록 급속히 확산하는 성질도 있으며 벽 등에 부착된다.[69]
광학적으로는 빛은 그 파장과 같거나 그 이하의 연기 입자에 닿으면 산란하는 성질이 있다.[69] 빛의 산란은 투명 물질의 연기에서도 발생하며, 물체 차폐 능력은 불투명 액체 입자보다 투명 액체 입자가 더 크다.[69]
2. 1. 화학적 성질
연기의 화학적 조성은 연소되는 연료의 특성과 연소 조건에 따라 달라진다. 산소 공급이 충분한 화재는 높은 온도에서 연소하며 적은 양의 연기가 발생하고, 입자는 대부분 재나 큰 온도 차이로 인한 물의 응축된 에어로졸로 구성된다. 고온에서는 질소 산화물이 생성되며,[6] 황 함량은 이산화황이나 황화 수소를 생성할 수 있다.[7] 탄소와 수소는 거의 완전히 이산화 탄소와 물로 산화된다.[8]
산소 부족으로 연소하는 화재는 더 광범위한 유해 화합물을 생성한다.[8] 탄소의 부분 산화는 일산화 탄소를 생성하고, 질소를 함유한 물질은 시안화 수소, 암모니아, 질소 산화물을 생성할 수 있다.[9] 수소 가스가 물 대신 생성될 수도 있다.[9] 염소와 같은 할로젠 함량은 염화 수소, 포스겐, 다이옥신, 클로로메탄, 브로모메탄 및 기타 할로카본 생성을 초래할 수 있다.[9][10] 불화 수소는 불소화 탄소에서 형성될 수 있으며, 화재에 노출된 불소 중합체 또는 할로카본 소화 약제에서 발생할 수 있다. 일부 난연제 첨가제로부터 인 및 안티몬 산화물과 그 반응 생성물이 형성될 수 있으며, 이는 연기 독성 및 부식성을 증가시킨다.[10]
폴리염화 바이페닐(PCB)의 열분해는 2,3,7,8-테트라클로로디벤조디옥신 및 기타 폴리염화 디벤조디옥신을 생성할 수 있다.[10] 산소가 있는 상태에서 테플론과 같은 불소 중합체의 열분해는 카보닐 플루오라이드를 생성하며, 사불화 탄소, 육불화 프로필렌, 과불화 이소부텐(PFIB) 등이 형성될 수 있다.[19]
불완전 연소 또는 연소의 열분해는 많은 양의 탄화수소를 생성한다. 여기에는 지방족 탄화수소(메탄, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌)와 방향족 탄화수소(벤젠 및 그 유도체, 다환 방향족 탄화수소)가 포함된다.[11] 또한 메탄올, 아세트산 등과 같은 휘발성 유기 화합물과 푸란 및 푸라논과 같은 덜 휘발성인 유기 종, 헤테로고리 화합물도 존재할 수 있다.[1][12] 더 무거운 탄화수소는 타르로 응축될 수 있으며, 타르 함량이 상당한 연기는 노란색에서 갈색이다.[13]
황의 존재는 황화 수소, 황산 카르보닐, 이산화황, 이황화 탄소, 티올과 같은 가스 형성을 초래할 수 있다. 부분 산화된 탄화수소는 알데히드(포름알데히드, 아크롤레인, 푸르푸랄), 케톤, 알코올(페놀, 구아이아콜, 시린골, 카테콜, 크레졸), 카르복실산(개미산, 아세트산) 등을 생성한다.
보이는 대기 입자 물질은 탄소(매연)로 구성된다. 다른 입자는 응축된 타르 방울 또는 재의 고체 입자일 수 있다. 금속 산화물 입자, 무기 염 입자(황산 암모늄, 질산 암모늄, 염화 나트륨)도 형성될 수 있다. 매연 입자 표면에 존재하는 무기 염은 이를 친수성으로 만들 수 있다. 많은 유기 화합물(방향족 탄화수소)은 고체 입자 표면에 흡착될 수 있다.
열화 우라늄 탄두는 산화 우라늄 입자를 생성한다. 자성 입자는 석탄 연기에 존재하며, 1860년 이후 증가가 산업 혁명의 시작을 나타낸다.[16] 플라이 애시는 실리카와 산화 칼슘으로 구성된다. 구형 입자는 액체 탄화수소 연료 연기에 존재한다. 비정질 실리카 입자는 실리콘 연소 시, 질화 규소 입자는 산소 부족 화재에서 형성될 수 있다. 실리카 입자는 집합체, 사슬로 뭉쳐진다.[19] 방사성 입자는 연료에 우라늄, 토륨 또는 기타 방사성 핵종의 흔적으로 인해 존재할 수 있다. 핫 파티클은 핵 사고 또는 핵전쟁 중 화재에 존재할 수 있다.
연기 입자는 입자 크기에 따라 세 가지 모드로 분류된다.
대부분의 연기 물질은 거친 입자에 있으며, 빠른 건식 침전을 거친다. 화재 발생 방 외부의 연기 손상은 작은 입자에 의해 매개된다.[30] 가시 크기를 초과하는 입자의 에어로졸은 화재의 예열 단계에서 물질의 초기 지표이다.[19]
수소가 풍부한 연료의 연소는 수증기를 생성하여 흰색 연기를 만든다. 연기 배출물은 특징적인 미량 원소를 포함할 수 있다. 바나듐은 석유 발전소 및 정유 공장 배출물에, 석유 공장은 니켈을 배출한다. 석탄 연소는 알루미늄, 비소, 크롬, 코발트, 구리, 철, 수은, 셀레늄, 우라늄을 포함한다.
바나듐 흔적은 바나듐산 방울을 형성, 금속의 부동태화 층을 공격하여 고온 부식을 유발한다. 황산염, 납 입자도 이러한 영향을 미친다.
구아이아콜 및 그 유도체는 리그닌 열분해 생성물, 목재 연기의 특징이다. 레텐은 침엽수 열분해 생성물, 산불 지표이다. 레보글루코산은 셀룰로스 열분해 생성물이다. 활엽수와 침엽수 연기는 구아이아콜/시린골 비율이 다르다. 차량 배기 가스 마커는 다환 방향족 탄화수소, 호판, 스테인, 특정 니트로아렌(1-니트로피렌)이 있다. 호판과 스테인의 원소 탄소 비율은 가솔린과 디젤 엔진 배출을 구별한다.[20]
많은 화합물이 입자와 관련될 수 있으며, 표면에 흡착되거나 액체 방울에 용해될 수 있다. 염화 수소는 매연 입자에 잘 흡수된다.[30] 석면 입자가 연기로 유입될 수 있다. 퇴적된 핫 파티클 방사성 낙진 및 생물 축적된 방사성 동위원소는 산불에 의해 대기로 유입될 수 있다.
폴리스티렌과 같은 방향족 측쇄는 연기 발생을 증가시킨다. 중합체 백본에 통합된 방향족 그룹은 연기를 덜 생성한다. 지방족 중합체는 연기를 가장 적게 생성하며, 첨가제는 연기 형성을 증가시킬 수 있다. 인 기반 및 할로겐 기반 난연제는 연기 생성을 감소시킨다. 중합체 사슬 간 높은 가교 결합도 영향을 미친다.[21]
연기는 화학적으로 그을음(그을음)이나 상온에서 액체인 물질이 기화 후 응결된 미세 입자 등이다[69]。
연기의 색이나 생성물은 발염 연소(발염 연소)인지 훈소 상태인지에 따라 다르다[69]。산소가 충분히 공급되는 발염 연소의 경우, 열분해 생성물 중 가연성 물질은 거의 다 타지만, 목재처럼 탄소 수가 많으면 고체 탄소를 유리하여 그을음을 생성한다[69]。화재 시 발염 연소에 의한 연기는 검은 연기가 된다[69]。산소가 부족한 훈소 상태에서는 일산화탄소 등 열분해물이 그대로 방출되어 유독 가스 위험이 커진다[69]。화재 시 목재 등 훈소 상태가 동시에 발생하고 있을 때는, 목초액, 목타르, 물 입자 등이 연기가 되어 방출되므로 연기 색은 옅거나 흰색이다[69]。
2. 2. 물리적 성질
육안으로는 7μm(마이크로미터)보다 큰 입자 크기를 감지할 수 있다.[22] 화재에서 방출되는 가시적인 입자를 연기라고 하며, 비가시적인 입자는 일반적으로 가스 또는 흄이라고 한다. 토스트를 토스터에 구울 때 빵이 가열되면서 연소 생성물의 크기가 증가하는데, 처음에 생성되는 흄은 보이지 않지만 토스트가 타면 보이게 된다. 이온화 챔버 유형의 연기 감지기는 연소 생성물 감지기로, 육안으로 보이지 않는 연소 입자를 감지한다.[22]
일반적인 가정 화재에서 발생하는 연기에는 수백 가지의 다양한 화학 물질과 흄이 포함되어 있다. 연기로 인한 피해는 종종 화재의 실제 열로 인한 피해를 초과할 수 있으며, 얼룩의 형태로 나타나는 경우가 많고, 연기 냄새를 제거하는 것은 더 어려운 문제이다.
연기 입자는 침강, 응집, 확산하는 성질이 있다.[69] 연기 입자의 밀도는 공기 밀도보다 크기 때문에 연기 입자는 종단 속도라는 일정한 속도로 점차 침강한다.[69] 오랫동안 부유하는 연기 입자는 반지름 1µm 이하의 입자이며, 브라운 운동에 의해 서로 응집하여, 반지름 1µm보다 커지면 점차 침강한다.[69] 연기 입자는 작을수록 급속히 확산하는 성질도 있으며 벽 등에 부착된다.[69]
광학적으로는 빛은 그 파장과 같거나 그 이하의 연기 입자에 닿으면 산란하는 성질이 있다.[69] 빛의 산란은 투명 물질의 연기에서도 발생하며, 물체 차폐 능력은 불투명 액체 입자보다 투명 액체 입자가 더 크다.[69]
3. 연기의 생성
일반적인 가정 화재에서 발생하는 연기에는 수백 가지의 다양한 화학 물질과 흄이 포함되어 있다. 결과적으로 연기로 인한 피해는 종종 화재의 실제 열로 인한 피해를 초과할 수 있다. 화재의 연기로 인한 물리적 피해는 얼룩의 형태로 나타나는 경우가 많으며, 연기 냄새를 제거하는 것은 더 어려운 문제이다.
4. 연기의 위험성
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화재로 인한 연기의 많은 화합물은 독성이 강하거나 자극적이다. 가장 위험한 것은 일산화 탄소이며, 이는 일산화 탄소 중독을 유발하며, 때로는 청산가리 및 포스겐의 부가적인 영향을 받는다.[23] 따라서 연기 흡입은 신속하게 무능력화 및 의식 상실로 이어질 수 있다. 수분과 접촉하는 황 산화물, 염화 수소 및 불화 수소는 황산, 염산, 불산을 형성하며, 이는 폐와 물질에 부식성이 있다.
담배 연기는 폐 질환, 심장 질환 및 많은 암의 주요 수정 가능한 위험 요소이다. 연기는 발전소의 석탄 연소, 산불 또는 기타 원인으로 인해 주변 대기 오염의 구성 요소가 될 수도 있지만, 주변 대기 중 오염 물질의 농도는 일반적으로 담배 연기보다 훨씬 적다. 베이징과 같은 중국에서 발생하는 880 μg/m3 농도의 PM2.5에 하루 동안 노출되는 것은 입자 흡입량 기준으로 담배 한두 개비를 피우는 것과 같다.[24][25] 그러나 다양한 주변 입자에 존재하는 유기 화합물이 담배 연기 입자의 화합물보다 발암성이 더 높을 수 있다는 사실로 인해 분석이 복잡해진다.[26] 간접 흡연은 연소하는 담배 제품에서 발생하는 측류 및 주류 연기 배출의 조합이다. 이러한 배출물에는 50가지 이상의 발암성 화학 물질이 포함되어 있다. 미국 공중보건국장의 해당 주제에 대한 2006년 보고서에 따르면, 간접 흡연에 노출되면 혈소판이 활성화되어 응고가 증가하고 혈전 위험이 증가하며 잠재적으로 혈관 내벽이 손상될 수 있으며 관상 혈류 속도 예비 능력이 감소하고 심박수 변동성이 감소하여 심장 마비 위험이 증가할 수 있다. 이러한 영향이 발생할 가능성은 노출 증가 및 노출 시간 증가에 따라 증가한다.[27] 미국 암 학회는 "심장 질환, 폐 감염, 천식 발작 증가, 중이염 및 저체중 출산"을 흡연자의 배출의 결과로 나열한다.[28]
연기는 가시성을 가려 화재 지역에서 거주자의 탈출을 방해할 수 있다. 실제로 매사추세츠주 우스터의 우스터 냉장 창고 화재에서 연기로 인한 낮은 시야는 갇힌 구조 소방관이 제 시간에 건물을 대피할 수 없었던 이유였다. 각 층이 뚜렷한 유사성을 공유했기 때문에 짙은 연기로 인해 소방관은 방향 감각을 잃었다.[29]
4. 1. 건강에 미치는 영향
연기는 폐 손상,[43][44] 동맥 손상 및 DNA 손상[45]을 일으켜 암,[46][47] 기타 호흡기 질환, 폐 질환 및 심혈관 질환을 유발할 수 있다.[41][48] 특히 목재 연기는 주요한 대기 오염원이며,[33][34][35][36] 입자상 물질 오염,[34] 다환 방향족 탄화수소 (PAH)[37] 및 휘발성 유기 화합물 (VOC)[34](예: 포름알데히드)[38]에 의한 오염의 주요 원인이다. 영국에서 가정용 연소는 매년 PM2.5의 가장 큰 단일 원인이다.[39][40]
대기 오염, 미세 입자 및 목재 연기는 심혈관계를 통해 뇌로 침투하는 입자상 물질로 인해 뇌 손상을 유발할 수 있으며,[49][50][51][52] 이는 발달 장애,[53][54][55][56] 신경 퇴행성 질환,[57][58] 정신 질환,[59][60][61] 및 자살 행동의 위험을 증가시킬 수 있다.[2][2]
4. 2. 환경에 미치는 영향
4. 3. 화재 시 위험성
화재 시 발생하는 연기는 유독 가스를 포함하고 있어 위험하다. 연기에는 일산화 탄소가 포함되어 있어 일산화 탄소 중독을 유발하며, 청산가리 및 포스겐의 부가적인 영향을 받기도 한다.[23] 연기 흡입은 신속하게 무능력화 및 의식 상실로 이어질 수 있다. 수분과 접촉하는 황 산화물, 염화 수소 및 불화 수소는 황산, 염산, 불산을 형성하며, 이는 폐와 물질에 부식성이 있다.[23] 산소가 부족한 화재에서 발생하는 연기에는 가연성 화합물이 상당한 농도로 포함되어 있어 백 드래프트 및 플래시 오버와 같은 현상을 유발할수 있다.[23]
연기는 가시성을 가려 화재 지역에서 거주자의 탈출을 방해할 수 있다.[29] 우스터 냉장 창고 화재에서 연기로 인한 낮은 시야는 갇힌 구조 소방관이 제 시간에 건물을 대피할 수 없었던 이유였다.[29]
연기는 다양한 종류의 화학 물질을 포함할 수 있으며, 그중 많은 물질이 공격적인 성질을 가지고 있다. 할로젠 함유 플라스틱 및 난연제에서 생성되는염산과 브롬화 수소산, 불화 탄소 소화제의 열분해에 의해 방출되는불화 수소산, 황 함유 물질의 연소, 아산화 질소가 생성되는 고온 화재에서 질산, P 및 Sb 기반 난연제에서 인산 및 안티몬 화합물등이 그 예시이다.[30] 이러한 부식은 구조 재료에는 큰 영향을 미치지 않지만, 특히 마이크로 전자와 같은 섬세한 구조에 큰 영향을 미칩[30], 회로기판, 전기 접촉, 광전자 공학등에 영향을 미친다. 재료에서 생성된 연기의 부식성은 부식 지수 (CI)로 특징지어진다.[30]
전자 장비에 대한 연기 피해는 화재 자체보다 훨씬 광범위할 수 있다. 전선 화재는 특별한 주의가 필요하며, 저연 무할로겐 재료가 케이블 절연에 선호된다.[32]
연기가 어떤 물질이나 구조의 표면에 접촉하면, 그 안에 포함된 화학 물질이 표면으로 옮겨진다. 화학 물질의 부식성은 물질이나 구조를 빠르게 분해시킨다.
5. 연기의 유용성
기록된 역사 전반에 걸쳐, 인류는 질병을 치료하기 위해 약용 식물의 연기를 사용해 왔다. 페르세폴리스의 조각상은 페르시아의 왕인 다리우스 1세(기원전 522–486년)가 유향과 단향(Santalum album)을 태우기 위한 두 개의 향로를 앞에 두고 있는 모습을 보여준다. 이는 왕을 악과 질병으로부터 보호한다고 여겨졌다. 5개 대륙에서 300종 이상의 식물이 다양한 질병 치료를 위해 연기 형태로 사용된다. 약물 투여 방법으로서, 흡연은 간단하고 저렴하지만 활성 물질을 포함하는 입자를 추출하는 매우 효과적인 방법이기에 중요하다. 더욱 중요한 것은 연기를 생성하면 입자 크기가 미세한 수준으로 줄어들어 활성 화학 물질의 흡수가 증가한다는 것이다.[68]
연기의 이용법으로는 사냥이나 살충을 위한 연기, 통신을 위한 봉수, 그리고 흡연을 위한 연기가 있다.
- 연기 불꽃놀이 (연기 구슬)처럼 색깔이 있는 연기를 즐기기도 한다.
- 발연통도 통신을 위해 사용되는 연기의 일종이다. 원리는 과거에 사용된 봉수와 같으며, 산악이나 해상에서의 조난 시, 연기를 통해 원거리에서 피시인성을 높이기 위해 사용된다. 차량이나 열차가 사고를 일으켰거나 고장으로 멈췄을 때, 위험을 주변에 알리기 위해 사용되는 기구로 신호탄 및 신호염관이 있다. 발음이 같아서 혼동될 수 있지만, 이쪽은 밝은 적색의 화염으로 위험을 알리는 것으로, 동시에 연기도 발생하지만 극소량이다. 연기가 다량으로 발생하면, 원거리에서의 시인성은 높아지지만, 바람의 방향이나 현장 환경(터널 내부 등)에 따라 주변 차량의 시야가 나빠질 수 있기 때문에 연기가 아닌 불꽃의 빛을 신호로 사용한다.
- 흡연되는 기호품은 많으며, 담배, 대마 등이 일반적이다.
- 훈제를 만들 때는 연기의 독특한 냄새가 이용된다.
- 군사적 측면이나 방범 측면에서는, 연막을 사용하여, 전투 시 자신의 모습을 감추거나 적의 시야를 빼앗는 기만 수단 중 하나로 옛날부터 사용되어 왔다. 현재는 영상 유도 미사일이나, 레이저에 의해 추적되는 레이저 유도 미사일로부터 몸을 보호하는 수단으로도 사용되고 있다. ''이에 대한 자세한 내용은 연막을 참조''
- 에어쇼나 특수 촬영 영화의 연출로 연기가 사용되는 것은, 파라핀이나 기름 등을 연소·증발·미세화시킨 연기이다.
- 연극 무대에서도 연출로 연기가 사용되는 경우가 있지만, 이 경우에는 관객이나 배우가 가까이 있기 때문에, 연소에 의한 연기가 아니라, 드라이아이스에 의해 공기가 차가워져, 공기 중의 수증기가 물방울로 석출된 것, 즉 증기이다. 무대나 피난 훈련용으로는 휴대 가능한 스모크 머신이 이용된다.
5. 1. 훈제
훈제는 연기를 이용하여 식품을 보존하고 독특한 풍미를 더하는 방법이다. 훈제 연어, 훈제 햄 등이 대표적인 훈제 식품이다.5. 2. 방역 및 살충
연기는 해충을 쫓거나 세균을 제거하는 데 사용될 수 있다.[68] 전통적으로 쑥이나 향을 태워 모기를 쫓거나, 연기를 피워 소독하는 방법이 사용되었다. 역사적으로 인류는 질병 치료를 위해 약용 식물의 연기를 사용해 왔으며, 페르시아의 왕 다리우스 1세는 유향과 단향을 태워 악과 질병으로부터 보호받는다고 여겨졌다.[68] 5개 대륙에서 300종 이상의 식물이 다양한 질병 치료를 위해 연기 형태로 사용된다.[68]5. 3. 신호 전달
연기는 먼 거리에서 시각적인 신호를 전달하는 데 사용될 수 있다. 과거에는 봉화를 통해 적의 침입을 알리거나, 조난 신호를 보내는 데 사용되었다. 현대에는 발연통, 신호탄, 신호염관 등이 유사한 목적으로 사용된다. 발연통은 산악이나 해상에서 조난 시 연기를 통해 원거리에서 피시인성을 높이기 위해 사용된다. 차량이나 열차가 사고 등으로 멈췄을 때 위험을 알리는 데에도 사용된다.|200px|thumb|에어 레이스에서의 사용 예]]
5. 4. 예술 및 문화
연기는 불꽃놀이(연기 구슬)처럼 색깔이 있는 연기를 즐기는 경우나, 에어쇼, 특수 촬영 영화 및 연극 무대 등에서 시각적 효과를 연출하는 데 사용된다. 연극 무대에서는 연소에 의한 연기가 아니라 드라이아이스로 공기를 차갑게 만들어 수증기를 물방울로 석출시킨 증기를 사용한다. 발연통은 산악이나 해상에서 조난 시, 또는 차량이나 열차 사고 시 위험을 알리기 위해 사용된다. 군사적으로는 연막을 사용하여 전투 시 자신의 모습을 감추거나 적의 시야를 가리는 용도로 사용된다.
연기는 비유적인 표현으로도 사용된다. "연기에 휩싸이다"는 자신의 책임 회피를, "봉화를 올리다"는 중요한 일을 시작하는 것을 의미한다. "켕기는" 이라는 표현은 장작 연기가 눈을 아프게 하듯이, 눈에 거슬리는 언행을 하는 사람을 가리킨다.
6. 한국 사회와 연기
6. 1. 관련 문제
6. 2. 대응 노력
7. 측정
레오나르도 다 빈치는 15세기 초 연기를 평가하는 어려움에 대해 언급하며, 검은 연기와 무해한 물 입자의 부유물인 흰색 '연기'를 구별했다.[64]
난방 기구에서 발생하는 연기는 일반적으로 다음과 같은 방법으로 측정된다.
- '''인라인 포집:''' 연기 샘플을 필터를 통해 흡입하고, 시험 전후의 무게를 측정하여 연기의 질량을 구한다. 이 방법은 가장 간단하고 정확하지만, 필터가 빠르게 막힐 수 있어 연기 농도가 미미한 경우에만 사용 가능하다.[65] ASTM 연기 펌프는 측정된 부피의 연기를 여과지를 통해 흡입하고 형성된 검은 점을 표준과 비교하는 간단하고 널리 사용되는 인라인 포집 방법이다.
- '''필터/희석 터널:''' 연기 샘플을 공기로 희석한 후 튜브를 통해 흡입하고, 생성된 연기/공기 혼합물을 필터를 통해 흡입하여 무게를 측정한다. 이는 연소에서 발생하는 연기를 측정하는 국제적으로 인정된 방법이다.[66]
- '''전기 집진:''' 연기가 전선이 매달린 금속 튜브 배열을 통과한다. 튜브와 전선에 전위를 가해 연기 입자가 전하를 띠고 튜브 측면에 끌리게 한다. 이 방법은 무해한 응축물을 포집하여 과다 측정될 수 있거나, 연기의 절연 효과로 인해 과소 측정될 수 있다. 그러나 필터를 통과시키기에는 너무 많은 양의 연기를 평가하는 데 필요하다.
- '''링겔만 척도:''' 연기 색상의 측정값으로, 1888년 막시밀리안 링겔만 교수가 발명했다. 검은색, 흰색, 회색 음영의 사각형이 있는 카드를 들고 연기의 상대적인 회색도를 판단한다. 빛 조건과 관찰자의 기술에 따라 매우 의존하며 0(흰색)에서 5(검은색)까지의 회색도 숫자를 할당한다. 링겔만 척도의 단순성으로 인해 여러 국가에서 표준으로 채택되었다.
- '''광학 산란:''' 광선을 연기를 통과시키고, 광원과 각을 이루는 광 검출기(일반적으로 90°)에서 반사된 빛만 받는다. 수신된 빛의 측정이 이루어지며, 이는 연기 입자의 농도가 높아질수록 더 높아진다.
- '''광학 차단:''' 광선을 연기를 통과시키고 반대쪽의 검출기가 빛을 측정한다. 두 지점 사이에 연기 입자가 많을수록 측정되는 빛이 줄어든다.
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