[2015 EBS 인터넷 수능] 화법과 작문 & 독서와 문법(B)-04강 과학 분야의 글 읽기(준안정 상태에 대한 이해)

[구렛나루]

04강 과학 04

[01~04] 다음 글을 읽고 물음에 답하시오.

우리가 알고 있는 상식으로 물은 0℃ 이하가 되면 결빙하여 고체 상태가 되어야 한다. 하지만 실험실에서 어떤 특별한 조건을 유지하면서 온도를 내리면 물은 0℃ 이하가 되어도 얼지 않고 액 체 상태를 유지한다. 특별한 조건이란 불순물이 없는 순수한 상태의 물을 냉각해야 하며, 냉각하는 과정에서 외부적 충격이나 진동이 완전히 배제된 상태를 의미한다.

일반적으로 우리가 사용하는 물은 정수기로 걸러지지 않는 미세한 입자를 다량 포함하고 있다. 물이 언다는 것은 일종의 결정화 과정인데, 물을 포함한 모든 성분이 액체 상태에서 고체 상태로 결정화되기 위해서는 결정점이 필요하다. 물이 얼 때 물속의 미세한 입자들이나 물을 담고 있는 용기 내부의 요철들은 결정점의 역할을 하게 된다. 따라서 물에 있는 미세한 입자들을 제거하고 요철이 없는 매끈한 용기를 사용하면 물은 0℃ 이하가 되어도 얼지 않는다. 이러한 상태에 있는 물을 준안정 상태에 있다고 하는데, 준안정 상태란 어떤 물체나 물질이 과도한 냉각이나 포화로 인해 변해야 할 지점을 넘어서도 이전과 같은 상태를 유지하는 것을 말한다.

과냉각 액체로 존재하는 물을 준안정 상태에 있다고 하는 이유는 이 상태의 물이 미세한 온도나 압력 등의 변화와 같은 에너지의 유입에도 상전이를 일으킬 수 있기 때문이다. 과냉각 액체 상태에 있는 물이 담긴 용기를 손으로 친다든가 고체 입자를 던져 넣는다면 물은 즉각적으로 결빙 하게 되고, 이때 물은 얼면서 열에너지를 방출하여 물이 담긴 용기가 조금 따뜻해진다. 이처럼 준안정 상태의 물질은 외부 힘이 진동이나 충격을 ⓐ일으킬 수 있는 일반 자연 상태에서 유지되기 는 힘들기 때문에 특별히 고안된 실험실 장치 내에서 관찰할 수 있다.

준안정 상태는 물의 결빙뿐만 아니라 과포화 용액에서도 존재한다. 과포화 용액은 용질이 더 이상 녹을 수 없는 상태보다 더 많은 용질이 녹아있는 용액으로, 높은 온도에서 녹을 수 있는 최대량의 용질을 녹인 후 천천히 식혀서 만든다. 과포화 상태의 용액이면서도 안정한 상태를 유지 하는 용액을 준안정 용액이라고 하는데, 이때의 준안정 용액은 매우 불안정해서 작은 충격에도 쉽게 과포화 상태가 깨지면서 결정이 만들어진다. 예를 들어 소금물에서 과량의 물을 증발시켜 소금의 결정을 생성하는 것이다. 그러나 물의 결빙과 마찬가지로 결정점이 존재하지 않는다면 소금물은 물을 과량 증발시켜도 결정화가 일어나지 않게 된다.

그렇다면 이러한 준안정 상태는 온도에 상관없이 계속 유지될 수 있는 것일까? 물은 온도를 내리더라도 얼지 않고 준안정 상태가 유지될 수 있는 한계 온도라는 것이 존재한다. 물이 결빙되는 한계 온도는 –40℃ 정도로 그 이하로 온도를 내리면 물은 무조건 얼게 되는데, 이와 같이 준안정 상태로 존재할 수 있는 마지막 한계점을 안정성의 경계라고 부른다. 준안정 상태는 물의 결빙, 용질의 석출뿐만 아니라 물의 기화, 증기의 응축 등 다양한 경우에 발생할 수 있다.

어휘 풀이

*상전이: 물질이 온도, 압력, 외부 자기장 따위의 일정한 외적 조건에 따라 한 상(相)에서 다른 상으로 바뀌는 현상. 예를 들면 융해, 고화, 기화, 응결 따위이다.

*석출: 액체 속에서 고체가 생김. 또는 그런 현상.

01 윗글을 통해 알 수 있는 내용이 아닌 것은?

① 물을 담고 있는 그릇 내부의 요철들은 물이 결정화되는 데 도움을 준다.

② 정수기로 거른 물에는 결정점 역할을 하는 입자가 여전히 존재한다.

③ 자연 상태에서는 물질이 준안정 상태를 유지하기 쉽지 않다.

④ 외부 충격을 제거하면 물은 항상 액체 상태로 있게 된다.

⑤ 바닷물에서 소금을 석출해 낼 때는 결정점이 필요하다.

02 윗글을 참고할 때 <보기>의 ㉠에 대한 설명으로 적절한 것은?

<보기>

겨울에 농작물을 얼려 죽이는 것은 슈도모나스란 미생물이다. 농작물은 보통 영하 5℃ 까지는 과냉각 상태를 유지하는데, 슈도모나스가 침입한 이파리에는 영하 2℃에서도 얼음이 언다. 얼음이 얼기 시작할 때 ㉠슈도모나스가 분비하는 특이한 단백질이 처음 결빙 을 유도하는 물질처럼 작용하기 때문이다. 그래서 스키장에서 인공 눈을 만들 때 슈도모나스가 분비하는 단백질을 물과 함께 뿌려 주면 상대적으로 따뜻한 날에도 쉽게 눈을 만 들 수 있다.

① 준안정 상태를 유지하게 한다.

② 상전이가 쉽게 일어나도록 돕는다.

③ 용질이 석출되는 과정에서 나타난다.

④ 불순물이 없는 순수한 물로 만들어 준다.

⑤ 안정성의 경계를 넘었는지의 여부를 알려 준다.

03 윗글을 바탕으로 <보기>를 이해한 것으로 적절하지 않은 것은?

<보기>

손난로 안에 들어 있는 겔 상태의 물질은 아세트산나트륨 과포화 용액이다. 과포화 용 액은 작은 충격에도 쉽게 과포화 상태가 깨지면서 결정이 만들어지는데, 아세트산나트륨 은 다른 과포화 용액에 비해 매우 안정적이다. 손난로 안에 들어 있는 금속판을 구부려 꺾으면 이때 발생하는 에너지가 아세트산나트륨에 전달되어, 아세트산나트륨이 고체로 변화하면서 손난로가 따뜻해진다.

① 겔 상태인 아세트산나트륨은 준안정 상태에 있는 것이군.

② 손난로가 충격을 받기 위해서는 결정화 과정을 거쳐야 하는군.

③ 아세트산나트륨의 특성 때문에 평소 겔 상태를 유지하는 것이군.

④ 금속판을 구부려 꺾으면 아세트산나트륨은 상전이를 일으키는군.

⑤ 아세트산나트륨은 결정이 석출되는 과정에서 열에너지를 방출하겠군.

04 ⓐ의 문맥적 의미와 가장 가까운 것은?

① 부싯돌을 부딪쳐 불을 일으켰다.

② 그들이 소송을 일으킨 핵심 인물들이다.

③ 인기척이 들리자 그는 몸을 일으켜 나갔다.

④ 그는 외출하는 길에 항상 옷깃을 일으켜 세웠다.

⑤ 새로운 학문을 일으키기 위해서는 노력이 필요하다.

도움자료

[2015 EBS 인터넷 수능]

화법과 작문 & 독서와 문법 - B

과학 04 01 ④ 02 ② 03 ② 04 ①

■ ‘준안정 상태에 대한 이해’

이 글은 일반적인 자연 상태에서 유지되기는 힘들지만, 특별한 실험실 장치 아래에서 관찰할 수 있는 준안정 상태에 대해 설명하는 글이다. 준안정 상태는 어떤 물질이 상태가 변해야 할 지점을 넘어서도 이전과 같은 상태를 유지하는 것이다. 이 글에서는 온도가 0℃ 이하에서도 물이 얼지 않은 과냉각 액체 상태와 더 이상 녹을 수 없는 양보다 더 많은 양의 용질이 녹아 있는 과포화 용액을 통해 준안정 상태의 불안정성과 준안정 상태에서 상전이가 일어나기 위해 필요한 외부 에너지의 유입, 결정점에 대해 설명한다. 마지막 문단에서는 준안정 상태가 유지될 수 있는 한계 온도가 존재하며, 이를 안정성의 경계라 부른다고 알려주고 있다.

준안정 상태의 개념과 특징

1문단: 0℃ 이하에서 물이 얼지 않는 조건

2문단: 준안정 상태의 개념

3문단: 과냉각 액체에 나타나는 준안정 상태의 특징

4문단: 과포화 용액에 나타나는 준안정 상태의 특징

5문단: 한계 온도와 안정성의 경계

01 세부 정보, 핵심 정보 파악 ④

④ 확인 항상 액체 상태로 있게 됨

물은 온도를 내리더라도 얼지 않고 준안정 상태가 유지될 수 있는 한계 온도라는 것이 존재한다고 하였으므로, 이 한계 온도를 넘어서면 물은 무조건 얼게 된다. 따라서 물이 외부 충격을 제거하면 항상 액체 상태를 유지한다는 것은 적절하지 않다.

① 확인 그릇 내부의 요철들은 물이 결정화되는 데 도움을 줌

2문단에서 물이 어는 것은 결정화 과정이며 이 과정에서 결정점이 필요한데, 용기 내부의 요철들이 결정점의 역할을 한다고 했으므로 그릇 내부의 요철들은 물이 결정화되는 데 도움을 준다고 할 수 있다.

② 확인 1 정수기로 거른 물

2문단의 ‘일반적으로 우리가 사용하는 물은 정수기로 걸러지지 않는 미세한 고체 입자를 다량 포함하고 있다.’에서 확인할 수 있다.

확인 2 결정점 역할을 하는 입자가 여전히 존재

물이 얼 때 물속의 미세한 입자들이나 물을 담고 있는 용기 내부의 요철들은 결정점의 역할을 한다고 하였으므로, 정수기로 거른 물에도 결정점 역할을 하는 입자가 존재한다는 것을 알 수 있다.

③ 확인 자연 상태

3문단의 ‘준안정 상태의 물질은 외부 힘이 진동이나 충격을 일으킬 수 있는 일반 자연 상태에서 유지되기는 힘들’다는 부분에서 확인할 수 있다.

⑤ 확인 1 소금을 석출

소금물에서 과량의 물을 증발시켜 소금의 결정을 생성할 수 있다고 하였으므로, 바닷물에서 소금을 석출할 수 있다.

확인 2 결정점이 필요

4문단에서 결정점이 없으면 소금물에서 소금의 결정을 생성할 수 없다고 했으므로, 바닷물에서 소금을 만들어 낼 때도 역시 결정점이 필요한 것을 알 수 있다. 

02 다른 상황에 적용하기 ②

② 확인 상전이가 쉽게 일어나도록 도움

슈도모나스가 분비하는 단백질은 결빙을 유도하는 물질로 작용하여, 온도가 상대적으로 더 높은 날에도 얼음이 생기도록 할 수 있다. 따라서 이 단백질은 상전이가 쉽게 일어나도록 돕는 역할을 한다고 할 수 있다.

① 확인 준안정 상태를 유지

이 단백질은 영하 5℃까지 유지할 수 있는 과냉각 상태를 영하 2℃에서 얼음으로 바꾸는 물질이기 때문에, 준안정 상태를 유지하게 한다고 할 수 없다.

③ 확인 용질이 석출되는 과정

용질이 석출되는 과정은 액체에 녹아 있는 물질을 얻는 과정이므로 물이 얼음으로 변하는 과정에 개입하는 단백질과는 관련이 없다.

④ 확인 순수한 물

불순물이 없는 순수한 물은 그렇지 않은 물보다 더 낮은 온도에서도 과냉각 상태를 유지할 수 있는데, 이 단백질은 오히려 과냉각 상태를 유지할 수 있는 최저 온도를 높이고 있으므로 순수한 물로 만들어 준다는 설명은 적절하지 않다.

⑤ 확인 안정성의 경계

안정성의 경계는 물이 무조건 얼음이 될 수밖에 없는, 즉 준안정 상태로 유지될 수 있는 마지막 한계점이므로 이 단백질의 작용과는 관련이 없다.

03 인과 관계, 상관관계 추론 ②

② 확인 손난로가 충격을 받기 위해서는 결정화 과정을 거침

손난로가 충격을 받기 위해 결정화 과정을 거쳐야 하는 것이 아니라, 손난로가 충격을 받아서 결정화 과정을 거쳐 겔이 고체가 되는 것이다.

① 확인 아세트산나트륨은 준안정 상태에 있음

아세트산나트륨은 겔 상태에서 과포화 용액인데, 과도한 냉각이나 포화로 인해 변해야 할 지점을 넘어서도 이전과 같은 상태를 유지하는 것을 준안정 상태라 하므로 아세트산나트륨을 준안정 상태로 볼 수 있다.

③ 확인 아세트산나트륨의 특성 때문에 평소 겔 상태를 유지함

아세트산나트륨이 과포화 상태에서 다른 과포화 용액에 비해 안정적이기 때문에 금속판에 직접 힘을 가해서 구부려 꺾기 전에는 겔 상태를 유지할 수 있는 것으로 볼 수 있다.

④ 확인 1 금속판을 구부려 꺾으면

금속판을 구부려 꺾으면 겔 상태의 아세트산나트륨이 고체로 변하게 된다.

확인 2 상전이를 일으킴

외부의 에너지 유입으로 겔 상태에서 고체 상태로 바뀌는 것은 상전이가 일어난 것이라 할 수 있다.

⑤ 확인 1 결정이 석출되는 과정

아세트산나트륨이 고체로 변하는 것은 결정이 석출되는 과정이라 할 수 있다.

확인 2 열에너지를 방출

<보기>의 손난로도 고체로 변하면서 따뜻해진다고 하였으므로, 물이 얼면서 열에너지를 발생하여 물이 담긴 용기가 따뜻해진 것처럼 열에너지가 방출되어 손난로가 따뜻해지는 것이라 할 수 있다.

04 어휘의 문맥적 의미 파악 ①

① 확인 부싯돌을 부딪쳐 불을 일으켰다.

①의 ‘일으키다’는 ‘물리적이거나 자연적인 현상을 만들어 내다.’라는 의미를 나타내고 있다. 이 글에서 ⓐ는 자연 상태에서 외부 힘이 진동이나 충격을 만들어 내는 것이므로, ①이 ⓐ의 문맥적 의미와 가장 가깝다고 할 수 있다.

② 확인 그들이 소송을 일으킨 핵심 인물들이다.

‘어떤 사태나 일을 벌이거나 터뜨리다.’라는 의미를 나타내고 있다.

③ 확인 인기척이 들리자 그는 몸을 일으켜 나갔다.

‘일어나게 하다.’라는 의미를 나타내고 있다.

④ 확인 그는 외출하는 길에 항상 옷깃을 일으켜 세웠다.

‘옷깃 따위를 올리다.’라는 의미를 나타내고 있다.

⑤ 확인 새로운 학문을 일으키기 위해서는 노력이 필요하다.

‘무엇을 시작하거나 흥성하게 만들다.’라는 의미를 나타내고 있다.