[理知논술]자연계 대입 실전 논술

주요 대학 논술 예시문항 유형에 맞춘 실전문제 및 풀이

《2008학년도부터 자연계도 통합교과형 논술을 치르는 대학이 늘어난다. 하지만 자연계 학생들은 인문계 학생들에 비해 논술을 더욱 어렵게 느낀다. 더구나 아직 어떤 형식으로 문제가 출제될지도 모르는 형편이다. 주요 대학의 자연계 논술 예시문항에 맞춰 만든 자연계 통합교과형 논술 실전 문제와 풀이 과정을 격주로 소개한다.》

[제시문 1]

지구 표면이 식으면서 마그마가 굳어 얇은 지각이 만들어지기 시작했으나, 그 아래쪽은 여전히 뜨거운 마그마가 끓고 있었다. 이곳저곳에서 지각의 약한 틈을 뚫고 격렬한 화산 분출이 시작되었다. 이러한 화산 분출로 마그마 속에 갇혀 있던 기체가 대량으로 지구 표면으로 방출되었다. 이 때의 대기 성분은 주로 수증기, 수소, 메탄, 암모니아 등이었다. 그 중에서도 가장 양이 많은 수증기는 일부가 두꺼운 구름층을 형성해 비가 되어 내리다가 뜨거운 지구 표면으로부터 열을 받아 다시 증발을 반복했고, 일부는 강한 햇빛을 받아 수소와 산소로 분해되었을 것으로 추정된다.

[제시문 2]

대기와 해양의 진화에서 중요한 요소는 대기 중에 들어 있는 이산화탄소의 양이 변화하는 것이다. 원시 바다가 형성되었을 때 지구 표면의 이산화탄소, 질소 등은 대기, 바다, 해양저 사이에서 순환하면서 그림과 같이 그 양이 변화여 현재의 지구와 같은 상태로 진화하게 되었다. 지질 시대 동안 대기의 조성이 변화하는 과정은 2단계로 설명할 수 있다.

1단계는 약 38억 년 전부터 27억 년 사이에 탄산칼슘이 바다에 침전하여 석회암을 만들면서 대기의 이산화탄소 양이 급속하게 감소하는 시기이다. 2단계는 약 27억 년 전부터 바다에서 해조류가 광합성을 시작하면서 산소가 방출되는 때이다. 이 시기에 대기의 이산화탄소는 서서히 감소하게 되었고 바다에는 산소가 증가하면서 용해되어 있던 철분을 산화하기 시작하였다.

[제시문 3]

전기 음성도(electronegativity)는 분자에서 공유 전자쌍을 끌어당기는 능력을 상대적 수치로 나타낸 것이다.

즉, 어떤 원자의 전기 음성도는 그 원자의 전자에 대한 친화력이 높을수록 커지며 이 원자가 이미 보유하고 있는 전자를 떼어내는 데 힘이 많이 들수록 증가하는 경향이 있다. 모든 원자 중에서 전기 음성도가 가장 센 원자는 플루오르(F)이며 폴링은 플루오르의 전기 음성도를 4.0으로 제안하였고, 올레드와 로쵸는 여러 가지 실험적 결과를 통해서 플루오르(F)의 전기 음성도를 4.10으로 보정하였다.

전기 음성도는 주기율표의 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 커지며 위에서 아래로 갈수록 작아진다. 예를 들어 수소의 전기음성도는 2.1, 탄소의 전기음성도는 2.5, 산소의 전기음성도는 3.5의 값을 가진다.

[논제 1]

최초의 원시 대기에 포함된 수소, 메탄, 암모니아 등의 성분과 현재의 대기에 존재하는 질소, 이산화탄소, 수증기는 어떤 화학적 관계를 가지고 있는지 설명하시오.

[논제 2]

제시문 2에서 대기 중 이산화탄소의 감소를 가져온 1단계의 과정은 38억 년 전부터 시작되었다. 그 이전에도 원시 바다가 존재했음에도 불구하고 이 시기에 1단계의 과정이 특별히 일어난 이유를 유추하여 논술하시오.

[논제 3]

제시문 2에서 대기 중 이산화탄소의 감소를 가져온 1단계 과정은 그 결과 2단계 과정에도 큰 영향을 미친다. 그 과정을 유추하여 논술하시오.

[논제 4]

산소와 이산화탄소 중 물에 더 잘 녹는 기체는 어떤 기체이며, 그 이유는 무엇인지 제시문 3의 자료를 이용해 설명하시오. 또한 이러한 산소와 이산화탄소의 물에 대한 용해도의 차이가 지구의 대기 조성의 변화에 미친 영향에 대해서 논술하시오.

출제의도 및 예시답안

지구의 생성 초기에 존재했던 원시 대기의 성분이 현재의 대기 성분으로 변화하는 과정을 이해하는지 파악하고 물에 대한 산소와 이산화탄소의 용해도 차이를 전기음성도의 개념을 이용해 설명할 수 있는 능력을 파악하고자 이 문제를 출제하였다. 연관교과는 과학(온실효과), 지구과학1(지구환경의 변화), 화학1(공기), 화학2(원자구조와 주기율, 화학결합, 산화와 환원) 등이다.

[논제 1]

질소(N)는 암모니아(NH3)에서 수소가 빠져나간 것이고, 이산화탄소(CO2)는 메탄(CH4)에서 수소가 빠져나가고 다시 산소(O2)가 결합한 것이고, 수증기(H2O)는 수소(H2)에 산소가 결합한 것이므로 질소, 이산화탄소, 그리고 수증기는 암모니아, 메탄, 수소가 각각 산화된 것이다.

[논제 2]

지구의 지각 변동에 의해 원시 바다에 대륙이 생기기 시작하여 이로부터 대기의 이산화탄소 양이 급감한 것이다. 대륙이 생성되어 그 표면이 비에 의해 침식되어 육지에 포함된 칼슘 등이 이온 형태로 바다로 흘러 들어가 염분을 가진 바닷물로 만들었다. 대기 중의 이산화탄소가 물에 녹아 형성된 탄산 이온은 칼슘 이온과 결합하여 탄산칼슘을 생성하여 석회암 형태로 바다에 침전하게 되고 그 결과 이산화탄소는 바닷물 속으로 더 많이 녹아 들어가 대기 중의 이산화탄소 양이 급속하게 감소하게 된다.

[논제 3]

1단계에서 탄산칼슘의 침전으로 인해 대기 중의 이산화탄소가 줄어들면서 이산화탄소로 인한 대기의 온실효과도 크게 감소하게 된다. 온실효과의 감소로 지구의 평균기온은 내려가게 되고 바닷물의 증발량도 감소하게 된다. 그 결과 지구 대기를 뒤덮고 있던 구름의 양도 서서히 감소하게 되어 비로소 지구 표면에 태양빛이 도달하게 된다. 이산화탄소가 녹아 있는 바닷물에 태양의 빛에너지가 도달하여 광합성을 하는 박테리아가 탄생하게 된다. 광합성의 결과 이산화탄소를 더 소모하게 되었으며 산소를 생산하여 바닷물 속의 철을 산화해 산화철의 침전을 해저에 생성시켰다. 바닷물 속의 철을 다 산화하고 난 후 이윽고 산소는 대기 중으로 방출되어 오존층을 형성하고 육상생물의 탄생을 가능하게 한다.

[논제 4]

산소(O2)는 산소 원자 두 개가 이중결합을 이룬 분자로서 전기 음성도가 같은 두 개의 산소로 구성되므로 공유 전자쌍이 어느 한쪽으로도 끌려가지 않아 산소 분자 내에 전자 밀도가 고루 분포되어 무극성 분자이다.

이산화탄소(CO2)도 탄소를 중심으로 양쪽에 산소가 이중 결합을 이룬 분자로서 공유 전자쌍은 전기 음성도가 큰 산소 쪽으로 치우쳐 있지만 직선 구조를 형성하므로 두 개의 탄소-산소 결합의 극성이 상쇄되어 무극성 분자이다. 하지만 산소분자와는 달리 전기 음성도가 큰 산소 원자의 전자 밀도가 약간 높아 상대적으로 음전기를 띠고 가운데 있는 탄소 원자의 전자 밀도가 약간 낮아 양전기를 띠는 특징을 가진다.

순수한 물은 일부가 전리해서 수소이온(H+)과 수산화이온(OH-)을 만든다. 산소 분자는 전자 밀도가 균일해 전기를 띤 부분이 없으므로 전기를 띤 수소 이온이나 수산화 이온과는 상호작용이 거의 없지만, 이산화탄소의 경우는 양전기를 띤 수소이온이 이산화탄소의 음전기를 띤 산소원자와 상호작용을 하고, 음전기를 띤 수산화이온은 이산화탄소의 양전기를 띤 탄소 원자와 상화작용을 하여 탄산(H2CO3)을 생성한다. 탄산은 약산으로 일부 전리를 해서 이온이 되므로 결과적으로 이산화탄소는 산소보다는 물에 잘 녹게 된다.

이 과정은 지구에서 대륙의 생성 이후 바닷물로 유입된 칼슘을 통해 탄산칼슘의 생성을 가능하게 하였으며 태초의 박테리아가 바닷물 속에서 광합성을 하는 데 이산화탄소를 제공하여 광합성 생물을 탄생시켰으며 현재까지 수중식물의 광합성에 필요한 이산화탄소를 제공하고 있다. 그 결과 지구 대기상의 이산화탄소 양은 점차 감소해 왔다. 광합성을 통해 생성된 산소는 물에 잘 녹지 않으므로 바닷물 속의 철을 모두 산화한 이후에는 대기 중으로 방출되어 산소가 풍부한 대기를 형성하게 되었다.

또