[理知논술/2007학년도 수시 대비]수리 논술

《2008학년도 대학입시부터 대학수학능력시험이 자격 시험화하기 때문에 대학별고사에서 변별력을 구해야 하는 것이 대학의 주요 과제가 됐다. 이는 결국 2007학년도 수시 모집 대학별고사에서 다양한 시험의 장(場)이 펼쳐질 개연성이 높다는 것을 의미한다. 이러한 시점에서 세분화된 문제를 출제함으로써 채점자의 주관성을 배제하고 객관적인 평가를 최대한 도모하고, 부수적으로 교과 지식과의 연계를 통해 학교 교육의 정상화에 도움이 되는 통합 교과형 논술 유형이 각광받고 있다.

올해 대입을 준비하는 수험생은 물론 고교 1, 2학년생들도 이번 기회를 통해 새롭게 시도될 통합 교과형 논술의 출제 유형을 숙지하고 그에 필요한 학습법 및 배경 지식을 스스로 깨달을 수 있을 것이다. 여기에 기존의 출제 유형에 따른 문제도 포함해 올해 수시 모집을 대비하는 수험생들에게 도움을 주고자 한다.》

※ 다음 글을 읽고 물음에 답하여라.

(가)1995년도 노벨상 공동수상자인 Rowland, Molina의 과학적 연구의 개가로 인해 오존 파괴의 주된 원인이 밝혀진 것은 다행스러운 일이다. 방대한 양의 대기에 관한 자료가 수집되었고 분석되었다. 수많은 화학반응이 연구되었고 화학적 요인을 확인하는데 컴퓨터 프로그램이 사용됐다. 대부분의 과학적 결과들이 여전히 불확실하게 남아 있을지라도 염화불화탄소(CFC)와 같은 의외의 화합물로부터 확실한 증거가 나타났다. 이름에서 나타난 것처럼 염화불화탄소는 염소, 불소, 탄소의 화합물이다.

염화불화탄소는 자연적으로 발생하지 않고 인위적으로 생산된다. 가장 널리 쓰이는 두 가지는 CF₂CI₂와 CFCI₃이다. 보통 CFC-12와 CFC-11로 알려져 있는데 Dupont 회사의 화학자들이 1930년대에 개발한 화합물이다.

냉매 CFC-12의 개발은 화학의 큰 업적으로 인정되었고 환경 보호에 있어서 큰 의미를 지녔다. 이 물질은 암모니아나 이산화황을 대신했다. 자연적으로 발생하는 암모니아와 이산화황은 유독하고 부식성의 물질이다. 여러 가지 이유로 CFC-12는 이상적인 대용품이었다. CFC-12는 적당한 범위의 끓는점을 가지며 거의 비활성이다. 또한 CFC-12는 무독성, 불연성이다. 즉, 독성이 없고 타지 않는다.

CFC의 많은 바람직한 특성은 곧 다른 용도로 CFC가 사용되도록 했다. 에어러졸 스프레이 기체의 추진력, 기름이나 그리스의 용매, 외과 의료 도구의 소독기 등이다.

여러 장점을 가진 CFC는 저렴하기까지 해서 에어컨에 혁명을 일으켰다. 값싼 냉매인 CFC로 인해 무더운 여름의 열기와 습기를 극복하게 되었다.

1985년까지 CFC-11과 CFC-12에 관련된 물질의 생산량은 연간 약 85만 t이었다. 이러한 재료의 일부는 냉장고와 에어컨의 바람, 용매의 증기 등의 과정을 통해 대기 중으로 흘러나갔다. 1985년 CFC의 지면 농도는 약 0.6ppb였다. 해마다 그 수치의 약 4%가 증가했다.

(나)염화불화탄소 기체는 장점이 단점으로 되어버린 대표적인 경우다. 이 화합물을 많이 사용했던 이유는 반응성이 낮았기 때문이다. CFC의 C-Cl과 C-F 결합은 매우 강해서 오랜 기간 동안 분자를 유지한다. 보기를 들어, CF₂CI₂ 분자는 대기 중에서 파괴될 때까지 120년간 유지될 수 있다고 추정한다.

1973년 Rowland와 Molina는 성층권에서 CFC 분자의 운명에 대한 연구를 계획했다. 그들은 고도가 증가함에 따라 산소와 오존의 농도가 감소하고 자외선의 강도가 증가함을 알았다. 그들은 파장이 220nm 이하인 자외선에 의해 성층권 내에서 C-Cl 결합이 파괴될 수 있다는 결론을 내렸다. 이때 염소 원자가 생성된다. 화학반응식은 CCI₂F₂+UV→gCCIF₂+gCI이다. 비슷한 반응이 다른 CFC에서도 일어난다.

염소 원자는 반응성이 매우 크다. 원래 염소 원자는 7개의 최외각전자를 갖고 있는데, 이 중 6개는 쌍을 이루고 1개는 홀전자다. 위의 반응식의 gCI에서 점은 홀전자를 표현한 것이다. 이 홀전자는 염소 원자가 다른 원자와 전자를 공유함으로써 안정해지려는 경향이 있음을 나타낸다.

Rowland와 Molina는 위의 반응이 다음의 연쇄반응을 일으킬 것이라고 가정했다.

첫째, 염소 원자는 오존 분자에서 산소 원자를 밀어내고 일산화염소를 형성하고 산소 분자를 남긴다. 화학반응식은

2gCI+2O₃→2gCIO+2O₂[1]

이다. 이것은 오존 파괴 핵심 반응의 중간과정이다.

최근의 실험증거는 성층권 오존 파괴의 7, 8할은 gCIO와 결합하여 CI2O2를 형성하는 것에 관여한다는 것을 보여 준다. gCIO분자는 7+6개의 최외각전자를 갖는다. 이것은 쉽게 다른 gCIO와 반응하여

gCIO+gCIO→CIOOCI[2]

와 같이 CIOOCI를 형성한다.

CIOOCI는

CIOOCI+UV→gCIOO+gCI,[3]

gCIOO+UV→gCI+O₂[4]

처럼 두 단계에 걸쳐 분리된다.

[1]부터 [4]까지 모두 더하면 알짜반응식 2O₃→3O₂를 얻을 수 있다.

결론적으로, 염소와 일산화염소와 오존의 상호작용이 오존 파괴의 경로를 제공한다고 말할 수 있다. gCI는 [1]에서 반응물이고, [3]과 [4]에서 생성물이다. gCI는 소비되고 생성되는데 농도에는 변함이 없다. 이것은 gCI가 촉매라는 것을 의미한다. 촉매는 화학반응에 참여한 화학물이 자신은 변함없고 반응속도에 영향을 주는 물질이다. 우리가 다룬 상황에서, 하나의 gCI 원자는 바람에 의해 낮은 대기로 다시 가져오기 전에 오존 분자 십만 개의 파괴를 촉진할 수 있다.

(다)왜 남극에서 오존 손실이 가장 많이 일어났는가? 남극 위 낮은 성층권이 지구에서 가장 추운 곳이라는 사실과 관련되어 있는 것 같다.

오존 파괴 현상을 줄이기 위해, 1978년 북미에서는 염화불화탄소가 든 스프레이의 사용을 금지했다. 그러나 이 문제는 지구촌의 문제이고 국제적 협력을 필요로 한다.

1985년, 오존 구멍에 대한 첫 번째 실험적 증거에 대한 대응으로 오존층의 보호를 위한 Vienna회의에 많은 국가가 참가했다. 각국은 오존층 보호에 동의하고 대기에서 일어나는 과정에 대하여 보다 나은 이해를 위해 과학적 연구를 수행하기로 동의했다.

1987년, 오존 파괴에 영향을 주는 물질의 사용에 대한 Montreal조약에 서명한 것은 국제적 협력에 기초한 중요 사건이다. 참가국들은 1998년까지 CFC의 생산을 1986년 수준의 절반으로 줄이기로 했다.

그러나 오존 구멍의 원인과 오존층 파괴의 잠재력에 대한 지식이 늘어남에 따라 대기화학자와 환경론자들은 Montreal조약으로 충분하지 않다고 주장했다. 1990년, 약 100개국이 London에 모였다. 그들은 2000년에 CFC의 생산을 금지하기로 결정했다.

▼문제 1▼

일산화염소의 농도와 오존의 농도가 위도에 따라 어떻게 변하는지 나타낸 그래프는 성층권의 오존이 파괴되고 있다는 결정적인 증거가 된다. 위도에 따라 남극 대륙에서 일산화염소의 농도가 이처럼 변한다고 하자. 이때 이 그래프와 같은 위도의 범위에서 오존층의 농도는 어떻게 변할까? 가능한 그래프를 하나 그리고 그 근거를 설명하여라.

▼문제 2▼

전년도와 비교하여 일정한 비율로 CFC의 생산량을 줄이기로 했다고 하자. 1998년까지 CFC의 생산을 1986년 수준의 절반으로 줄이기 위해서는 1987년부터 1998년까지 해마다 생산량을 어떤 비율로 줄여야 하는가?

최행진 강남중앙학원 논구술연구소 수학팀장

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