(과학) '온도 따라 변신하는 물'-대비 문제(2020 EBS 독서 독해의 원리)

 

 

※ 다음 글을 읽고 물음에 답하시오.

 

물질의 세 가지 상태인 고체, 액체, 기체 상태로 존재하는 것이 모두 가능한 물질인 물은 수많은 물 분자가 모여서 이루어진 것이다. 물 분자 한 개는 수소 원자 2개, 산소 원자 1개로 이루어져 있다. 물 분자를 이루는 산소와 수소는 ‘공유 결합’이라는 방식으로 결합되어 있다. ‘공유 결합’이란 원자들이 결합하는 방식의 하나로, 원자들이 가지고 있는 전자들을 서로 공유하며 결합하는 것을 말한다. 그런데 물 분자를 이루는 산소는 수소보다 크며 강한 인력을 갖고 있다. 이에 따라 산소가 수소보다 전자들을 더 많이 공유하게 되고, 그 결과 물 분자의 산소 원자들은 부분적으로 음전하를 띠고, 수소 원자는 부분적으로 양전하를 띤다.

 

물 분자처럼 한 개의 분자 안에 부분적으로 양전하, 음전하를 갖고 있으면 극성을 띤다고 한다. 이는 막대자석이 한쪽은 N극, 다른 한쪽은 S극을 띠는 것과 비슷하다. 물 분자들은 이렇듯 극성을 띠기 때문에 이웃하고 있는 분자들끼리 서로 잘 끌어당긴다. 물 분자 주위에 다른 물 분자들이 있으면, 한 개의 물 분자에 포함된 산소 원자는 분자 자체 내의 수소 원자를 끌어당기기도 하지만, 이웃해 있는 다른 물 분자의 수소 원자까지도 끌어당겨 결합하는데 이를 ‘수소 결합’이라고 한다. 물 분자는 수소 결합에 의해 여러 개가 뭉치고, 이렇게 뭉친 물 분자들이 물을 구성한다.

 

수소 결합으로 물은 독특한 성질을 가진다. 일반적으로 액체는 고체가 되면 부피가 줄어들고 밀도가 높아진다. 그러나 물은 액체에서 고체로 변할 때, 즉 얼음이 될 때 물 분자들이 수소 결합을 유지하면서 육각형의 고리를 만들어 빈 공간이 생겨 부피가 늘어나고 밀도가 낮아진다. 얼음이 물에 뜨는 것은 이 때문이다. 수소 결합으로 인한 물의 또 다른 특성으로는 표면 장력이 다른 액체에 비해서 유난히 큰 것을 들 수 있다. 물의 표면 장력이 큰 것은 수소 결합으로 분자 간의 인력이 크기 때문이다. 물의 표면 장력은 물보다 밀도가 큰 물체들도 물에 떠 있을 수 있게 해 준다. 컵에 물을 가득 채우고 조심스럽게 동전을 물 위에 놓으면 동전이 가라앉지 않고 떠 있는 것을 볼 수 있다.

 

수소 결합은 물의 열용량, 비열, 증발열에도 영향을 준다. 열용량은 물질의 온도를 1℃ 올리는 데에 필요한 열이다. 동일한 양의 두 물질에 동일한 열을 가하면 열용량이 큰 물질의 온도 변화는 작지만, 열용량이 작은 물질의 온도 변화는 크다. 물은 수소 결합으로 많은 양의 열을 지닐 수 있어 열용량이 다른 물질에 비해 매우 큰데, 이는 물질 1그램의 온도를 1℃ 올리는 데 필요한 열에너지인 비열이 큰 것과 관련이 있다. 물은 비열이 커서 온도를 1℃를 올리기 위해서는 그만큼 많은 에너지가 필요하다. 그리고 물은 수소 결합으로 인해 다른 물질보다 증발열도 크다. 일반적으로 액체의 끓는점은 분자량이 비슷하면 거의 같다. 하지만 물은 액체에서 기체로 상태가 변화하는 온도인 끓는점이 100℃로 상당히 높다. 이는 물의 증발열이 큼을 보여 준다.

- 이하 생략 -

 

[해설]

「온도 따라 변신하는 물」

해제

수소 원자 2개, 산소 원자 1개로 이루어진 물 분자는 수소 결합을 한다. 이러한 물 분자의 특성을 중심으로 물의 여러 특성에 대해 설명하고 있는 글이다. 물 분자를 이루는 산소 원자들은 음전하를 띠고 있는데, 분자 자체 내의 수소 원자를 끌어당기기도 하지만 다른 물 분자의 수소 원자까지도 끌어당겨 결합한다. 이를 수소 결합이라고 하는데, 이러한 수소 결합으로 물은 여러 가지 특성을 지닌다. 이 글에서는 물이 얼음으로 변하면 부피가 늘어나고 밀도가 낮아지는 특성, 표면 장력이 큰 특성, 열용량, 비열, 증발열 등과 관련된 특성 등에 대해 설명하고 있다.

 

 

주제 : 수소 결합에 기인한 물의 여러 가지 특성

독해 포커스

수소 결합으로 인한 물의 특성을 설명하고 있는 글이다. 이를 위해 물 분자를 구성하는 원자의 특성을 제시하고 있으며, 극성과 수소 결합의 개념도 제시하고 있다. 이 글처럼 특성이나 개념에 관한 정보가 제시되어 있으면, 그 정보들은 중요한 출제 요소로 활용되므로 정보를 정확하게 이해해야 한다.

 

 

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