[理知논술/교과서로 논술 잡기]과학영역

《‘교과서에 나오는 심화학습 문제에 통합교과형 논술 대비책이 숨어 있다.’ 서울대 등 주요 대학과 논술 전문가들의 한결같은 주장이다. 교과서를 통해 논술의 기초를 충분히 다질 수 있다는 것이다. 고교 교과서의 핵심 내용을 논술 준비 강의로 진행하는 새 연재를 시작한다. 한 주는 사회와 과학, 한 주는 언어와 수리를 싣는다.》

글 싣는 순서(과학)
번호	주제	분류
1	물질대사	생물
2	소음	물리
3	전해질과 이온	화학
4	지각변동	지학
5	순환과 배설	생물
6	힘과 운동	물리
7	산과 염기의 반응	화학
8	날씨의 변화	지학
9	인체와 건강	생물
10	일과 에너지	물리
11	반응 속도	화학
12	해양의 성질	지학
13	자극과 반응	생물
14	전기와 자기	물리
15	공기	화학
16	태양계	지학
17	생식	생물
18	파동과 입자	물리
19	금속의 부식	화학
20	우주	지학
21	생태계와 환경오염	생물
22	에너지의 사용	물리
23	우리 주변의 화합물	화학
24	지구환경의 변화	지학

젖은 손으로 전원플러그 만지면 위험

감전되는 원리를 자세히 서술해보길

■주제: 전해질과 이온

제시문1

운동이나 격렬한 활동을 하면 신체 내부의 열을 외부로 방출하기 위해 땀이 난다. 땀은 물과 전해질로 구성되어 있으므로 땀을 많이 흘리면 신체로부터 물과 전해질이 빠져 나가게 되어 갈증을 느낀다. 그러므로 땀을 많이 흘렸을 때에는 땀으로 손실된 물과 전해질을 보충할 필요가 있다. 시중에서 판매되는 이온 음료에는 물에는 없는 당분과 산, 염분 등의 전해질이 포함되어 있으므로 더운 날 운동선수의 경우에는 포도당과 전해질이 함유된 스포츠 음료를 마시면 경기력 향상에 도움이 된다. (고1 과학 교과서)

집에 사용하는 전기스탠드 중 손으로 만지면 불이 켜지는 것이 있다. 이 스탠드에 손 대신 도체를 대면 불이 켜지고, 부도체를 대면 불이 켜지지 않는다. 그렇다면 손이 전류를 통한다는 것인데 이것은 손에는 약간의 수분이 있고, 손에 묻어 있던 전해질이 수분에 녹아 전류를 흐르게 해 주기 때문이다. 이처럼 물에 녹아 전류를 흐르게 하는 물질을 전해질이라 한다.

제시문2

전해질은 고체 상태에서는 전류가 흐르지 않지만 수용액 상태에서는 전류가 흐른다. 전해질은 양이온과 음이온으로 이루어져 있어서 전기적으로 중성이지만 전해질이 물에 녹으면 양이온과 음이온으로 나누어진다. 이 수용액에 직류 전원을 연결하면 양이온은 (―)극 쪽으로 이동하고, 음이온은 (+)극 쪽으로 이동하므로 전류가 흐르게 된다. 그러나 비전해질 수용액은 전하를 띤 입자가 없으므로 전류를 흐르게 하지 못한다. (고1 과학 교과서)

전해질은 이온결합이라는 방식으로 결합된 물질로 물에 녹으면 양이온과 음이온은 물 분자에 의해 둘러싸여 안정화되면서 이온화된다. 이 때 직류 전원을 걸어 주면 양이온은 (―)극으로 끌려가 전자를 얻어 환원되고, 음이온은 (+)극으로 끌려가 전자를 잃고 산화되어 전기분해 된다. 이 과정을 통해 전자 이동이 지속되면서 전류가 흐르게 된다. 전해질은 물에 녹은 후 이온화되는 정도에 따라 강전해질, 약전해질로 구분할 수 있으며, 생활 속에서 이온음료, 눈이 내린 후 염화칼슘을 뿌려 물의 어는 점을 낮출 때, 건전지 등 여러 곳에 쓰이고 있다.

■교과서 문제 이해하기

전지와 전구를 직렬로 연결한 다음 두 끝에 도선으로 금속막대를 연결하여 두 금속 막대를 오렌지 껍질에 대면 전구에 불이 들어오지 않는다. 그러나 오렌지를 반으로 자른 다음 그 속에 두 금속막대를 꽂으면 전구에 불이 들어온다. 이 때 전구에 불이 들어오는 이유는 무엇인가?

[문제설명]

우리 주변에서 흔하게 쓰이는 화학전지의 기본적 원리와 전해질의 중요성을 이해하는지 묻는 문제이다. 화학전지는 두 금속의 산화경향에 차이가 있는 경우 반응성이 큰 금속으로부터 작은 금속으로 전자가 이동하는 현상을 이용한다. 이 때 반응성이 큰 금속은 전자를 잃어 양이온이 되지만, 반응성이 작은 금속은 대부분의 경우 직접 전자를 얻어 음이온이 되지는 않는다. 대신 물 속에 녹아있는 전해질이 전자를 얻어 환원되는 경우가 많으므로 결국 전해질이 있어야 화학전지가 작동되는 것이다. 이처럼 전해질은 이온화되어 있어서 전자를 얻거나 잃는 과정을 통해 전류가 흐르는 것을 도와준다는 것을 확인하는 문제이다.

■통합교과 문제

가정에서 사용하는 냉장고나 세탁기 등 가전제품의 사용 설명서에는 ‘젖은 손으로 전원 플러그를 만지지 마세요. 감전의 위험이 있습니다’라는 글이 적혀 있다. 왜 젖은 손으로 전원 플러그를 만지면 위험하며, 전기가 우리 몸의 무엇을 통해 감전되는 것인지 서술하시오.

■출제 의도

전해질은 수용액에서 양이온과 음이온으로 나누어지는 물질로 전류를 흐르게 한다. 고1 교과과정에 전류를 흐르게 하는 물질로 전해질이 나오지만 왜 전류를 흐르게 하는지 막연하게만 알고 있는 학생들이 많다. 여기서는 전해질의 전기분해라는 개념을 도입해 전류의 흐름을 알아보고, 증류수가 비전해질임에도 불구하고 우리 몸이 감전되는 이유는 무엇인지 알아보겠다.

전류가 흐르려면 전자의 이동이 지속적으로 일어나야 한다. 자유전자는 전선을 따라 이동할 수는 있지만 수용액에서는 이동할 수 없기 때문에 수용액에서 자유전자의 운반을 도울 매개체가 있어야 한다.

전해질이 전류를 흐르게 하는 근본적인 이유는 양이온과 음이온이 반대 전극으로 끌려가 전자를 얻거나 잃어 전기분해 되기 때문이다. 전해질 수용액에 직류 전원을 연결하면 전원장치의 (―)극에서 나온 전자가 전선을 따라 (―)전극 판으로 이동해 온다. 이때 수용액에서는 양이온이 (―)전극 쪽으로 이동하여 (―)극에서 나온 전자를 얻어 환원된다. 반면 음이온은 (+)전극 쪽으로 이동하여 전자를 내어놓고 산화된다. 이때 음이온이 잃은 전자는 전선을 따라 (+)극 쪽으로 들어간다.

이런 방식으로 전자는 (―)극에서 (+)극 쪽으로 이동하게 되며 전류가 흐른다. 만약 수용액에 염화구리가 전해질로 녹아 있었다면 염화이온은 (+)극으로 이동하여 전자를 잃고 염소 기체가 되며 구리 이온은 (―)극으로 이동하여 전자를 얻고 금속 구리로 석출된다. 결국 전해질에 이온이 있고, 이들이 각각의 전극으로 끌려가 전기분해 되기 때문에 전류가 흐르는 것이다.

감전 사고는 몸을 통하여 전류가 흐르기 때문에 일어난다. 우리 몸의 저항은 건조한 상태에서는 수만 옴 정도로 크지만 물에 젖으면 수백 옴 이하로 저항이 작아진다. 그 이유는 피부가 땀으로 생긴 소금막으로 되어서 물에 젖으면 소금물과 같은 전해질 수용액이 되기 때문이다. 땀을 비롯한 체액은 나트륨 이온, 칼륨 이온, 염화 이온 등이 녹아있는 용액이므로 전류를 흐르게 하는 것이 가능하다.

■접근방법

순수한 증류수는 전기를 통하지 않는 절연체 역할을 하지만, 전해질은 저항을 작게 해 전류를 흐르게 하는 물질로 작용한다. 우리 몸을 이루는 체액은 많은 이온을 포함하는 전해질 수용액이라는 것을 이용한다.

■예시답안

땀을 많이 흘려 탈진 상태가 되면 보통 물을 마셔 수분을 보충하거나 링거액을 공급받는다. 이때 수분은 체액과 농도가 맞지 않아 효과적으로 흡수되지 못하지만 이온 음료와 유사한 링거액은 체액의 성분과 비슷하기 때문에 흡수가 빨라 쉽게 회복을 돕는다. 즉, 우리 몸의 체액은 무기염류가 녹아 있는 전해질 수용액이다.

우리 몸이 물에 젖으면 피부 표면에 물만 묻는 것이 아니다. 피부 표면막에 남아 있는 무기염류가 물에 녹아 전해질로 작용한다. 무기염류가 물에 녹아 양이온과 음이온으로 나뉘면 전원 장치에 연결될 때 이온이 이동하여 전류의 흐름을 돕게 된다. 건조한 상태에서는 저항이 크지만 물에 젖으면 저항이 작아지면서 몸으로 전류가 강하게 흐르는 것이다.

이영주 청솔 아우름 통합논술강사