CFC의 오존층 파괴 원문 · 구조 분석
독서 과학기술 11 | CFC의 오존층 파괴 적용 학습 · 과학·기술 과학기술 11 CFC의 오존층 파괴 과학·기술 — 대기화학 | 설명형 지문읽기 구조분석 문제풀기 연계포인트 지문 분야: 과학·기술(대기화학) | 주제: CFC의 오존층 파괴와 오존 구멍의 발견 | 유형: 설명형 | 문단 수: 3문단 1 지구 오존의 90% 지구 오존의 약 90%는 성층권에, 나머지 약 10%는 대류권에 존재한다. 대류권 오존은 광화학 스모그를 유발하는 '나쁜 오존'이다. 는 성층권 성층권(成層圈, stratosphere): 대류권 위에 있는 대기층으로, 지상 약 10~50km에 해당한다. 고도가 올라갈수록 기온이 상승하는 역전층 구조를 지닌다. 에 존재한다. 성층권은 전형적인 역전층 역전층(逆轉層): 높이 올라갈수록 기온이 상승하는 공기층. 일반적인 대류권에서는 고도가 올라갈수록 기온이 하강하지만, 성층권은 반대이다. *을 이루고 있어서 지상 10~15km에 해당하는 성층권의 저층에서는 기온이 −60℃에 가깝지만, 고도가 올라가면서 온도가 꾸준히 상승해 성층권 상층부인 50km의 고도에서는 기온이 0℃에 육박한다. 오존층 오존층(ozone layer): 성층권에 오존(O₃)이 밀집되어 있는 대기층. 태양의 해로운 자외선을 흡수하여 지구 생명체를 보호하는 역할을 한다. 에서 오존의 농도 농도(濃度): 일정 부피 속에 녹아 있는 물질의 양. 여기서는 성층권 단위 부피 당 오존 분자의 비율을 말한다. 는 최대 12 ppm ppm(parts per million): 100만분의 1. 미량 물질의 농도를 나타내는 단위. 12ppm은 공기 100만 개 분자 중 오존 분자가 12개라는 뜻이다. *에 달한다. 성층권 상층부에서는 산소 분자에 태양 복사선 복사선(輻射線): 열이나 빛 에너지가 파동 형태로 방출되는 것. 태양 복사선은 자외선·가시광선·적외선 등을 포함한다. 이 부딪쳐 오존이 지속적으로 생성 생성(生成): 새로 만들어짐. O₂에 태양 복사선이 부딪히면 분리된 산소 원자가 다른 O₂와 결합해 O₃(오존)이 된다. 되기도 하지만, 자연적으로 생성되는 질소 산화물 질소 산화물(NOx): 질소(N)와 산소(O)의 화합물. 성층권에서 자연적으로 발생하며 오존을 분해하는 화학 반응에 관여한다. 이 관여하는 화학적 과정을 통해 오존이 지속적으로 분해 분해(分解): 결합된 것이 여러 성분으로 나뉨. 오존(O₃)이 분해되면 산소 분자(O₂)와 산소 원자(O)로 나뉜다. 되기도 한다. 오존의 생성과 분해는 균형을 이루면서 오존층의 오존 농도를 일정하게 변함없이 한결같이. 오존층의 오존 농도는 자연 상태에서 생성과 분해의 균형으로 안정적으로 유지된다. 유지한다. 하지만 오존의 분해가 촉진된다면 오존층의 오존 농도는 낮아지고, 오존 합성이 촉진된다면 오존층의 오존 농도는 높아질 것이다. 2 성층권에 분포하는 오존층은 태양에서 오는 해로운 자외선 자외선(紫外線, UV): 가시광선보다 파장이 짧고 에너지가 높은 전자기파. 과도한 노출은 피부암, 백내장 등을 유발할 수 있다. UV-A, UV-B, UV-C로 구분된다. 복사로부터 지구의 생명체를 보호하는 방패 방패: 적의 공격을 막는 도구. 여기서는 오존층이 유해한 자외선을 차단한다는 의미로 쓰였다. 역할을 한다. 하지만 오존층은 의외로 연약하여 인간의 활동에 의해 쉽게 파괴될 수 있으며, 실제로 1980년대부터 2000년대에 걸쳐 심각한 매우 중대하고 우려되는 상태. 훼손 훼손(毁損): 깨뜨리거나 상하게 하여 망가뜨림. 을 겪었다. 1974년 초에 몰리나 몰리나(Mario Molina, 1943~2020): 멕시코 출신 화학자. CFC의 오존층 파괴 메커니즘을 밝혀 1995년 노벨 화학상을 수상했다. 와 롤런드 롤런드(F. Sherwood Rowland, 1927~2012): 미국 화학자. 몰리나와 함께 CFC의 오존층 파괴를 경고하여 1995년 노벨 화학상을 공동 수상했다. 는 염화 플루오린화 탄소 염화 플루오린화 탄소(CFC, chlorofluorocarbon): 탄소에 염소(Cl)와 플루오린(F)이 결합한 화합물. 냉매, 용매, 스프레이 추진제 등으로 사용되었으나 오존층을 파괴하는 것으로 밝혀졌다. , 즉 CFC가 성층권에서 분해되면서 염소 원자를 발생시키고 그것이 오존을 파괴한다고 주장했다. CFC는 1930년대 키네틱 케미컬 사 키네틱 케미컬(Kinetic Chemicals): 듀폰과 제너럴모터스의 합작 회사. 1930년대 CFC를 냉매로 개발·발매하여 전 세계에 보급했다. 가 발매할 당시만 해도 상온 상온(常溫): 특별히 가열하거나 냉각하지 않은 보통의 온도(약 15~25℃). 과 상압 상압(常壓): 특별히 가압하거나 감압하지 않은 보통의 기압(약 1기압). 에서 기화할 수 있고 화학적으로 매우 반응성 반응성(反應性, reactivity): 다른 물질과 화학 반응을 일으키는 정도. 반응성이 낮다는 것은 화학적으로 안정적이라는 의미이다. 이 낮아 좀처럼 분해되지 않고 다른 물질을 분해하지도 않는 무독성 무독성(無毒性): 독이 없는 성질. CFC는 인체에 직접 무해하다고 알려졌지만 오존층에는 치명적이다. , 비가연성 비가연성(非可燃性): 불에 타지 않는 성질. CFC는 냉매·추진제로 안전하게 사용되었다. 기체로 알려졌다. 이에 따라 CFC는 냉매 냉매(冷媒, refrigerant): 냉장고나 에어컨 등에서 열을 흡수하고 방출하는 데 사용되는 물질. CFC는 대표적인 냉매로 사용되었다. , 용매, 스프레이 캔의 추진제 추진제(推進劑): 물질을 밀어내는 데 쓰는 기체나 액체. 스프레이 캔에서 내용물을 분사하는 데 사용된다. , 다양한 플라스틱 형상을 제작하기 위한 발포제 발포제(發泡劑, foaming agent): 플라스틱 등의 내부에 기포를 만들어 부풀게 하는 물질. 스티로폼 등의 제조에 사용된다. 등으로 널리 사용되었다. 그러다가 1973년에 CFC가 대기 중에 축적되고 있다는 보고가 있었다. 몰리나의 연구에 따르면, CFC는 대기 중의 대부분의 오염 물질을 정화하는 비에 의해 분해되지 않고 성층권 상층부에 이르게 되면 짧은 파장의 고에너지 태양 복사선인 자외선에 의해 분해된다. 자외선을 흡수하면 CFC는 염소 원자(Cl)를 내놓는데, 그중에서 반응성이 큰 염소 원자는 오존 분자(O 3 )와 반응하여 산소 분자(O 2 )와 일산화 염소 라디칼 일산화 염소 라디칼(ClO·): 염소 원자와 산소 원자가 결합한 불안정한 분자. 오존 분해 촉매 반응의 중간체이다. (ClO)을 생성하고, 일산화 염소 라디칼은 산소 원자(O)와 반응하여 염소 원자와 산소 분자를 생성한다. 결국 하나의 염소 원자는 하나의 오존 분자와 하나의 산소 원자가 2개의 산소 분자를 생성하는 반응을 매개한다. 이를 정리하면 다음과 같다. Cl + O 3 → ClO + O 2 ClO + O → Cl + O 2 알짜 알짜: 불필요한 것을 빼고 실질적으로 남는. '알짜 반응'은 중간 단계를 제외하고 전체 반응의 시작과 끝만 나타낸 반응식이다. 반응: O 3 + O → 2O 2 염소 원자는 오존을 분해하는 반응을 완결하면서 스스로 보존된다는 점에서 오존을 분해하는 촉매 촉매(觸媒, catalyst): 자신은 변하지 않으면서 화학 반응의 속도를 빠르게 하는 물질. 여기서 염소 원자(Cl)는 오존 분해를 촉진하면서 자신은 보존되어 반복적으로 작용한다. 로서 기능한다. 또한 CFC가 분해되면서 생성된 염소 원자나 그 염소 원자에서 생성된 일산화 염소 라디칼은 다른 물질과 반응하여 염화 수소(HCl), 질산 염소(ClONO 2 ), 하이포아염소산(HOCl)을 생성하는데 이들 ‘ 염소 원천 화합물 염소 원천 화합물: HCl, ClONO₂, HOCl 등 염소 원자를 포함한 화합물. 태양 복사선에 의해 분해되면 반응성이 큰 자유 라디칼 염소 원자를 다시 공급한다. ’은 태양 복사선을 받으면서 분해되어 성층권에 반응성이 큰 ㉠ 자유 라디칼 자유 라디칼(free radical): 결합하지 않은 전자를 하나 이상 가지고 있어, 반응성이 높은 원자 또는 원자의 무리. * 염소 원자를 공급해주게 된다. 이것들은 활발하게 오존을 분해하는 반응에 참여한다. 3 몰리나는 이런 내용을 1974년에 논문을 통해서 발표했으나 실제로 대기 중 오존 분포가 어떻게 변천했는지는 그 후 10년이 지나도록 드러나지 않았고 그의 경고는 잊혔다. 그러다가 1985년에 파먼 파먼(Joseph Farman, 1930~2013): 영국 기상학자. 1985년 남극 대륙 상공에서 오존 구멍을 발견하여 오존층 파괴 문제를 세계에 알렸다. 과 그의 동료 연구자들이 남극 대륙 상공에서 봄이 되면 오존 농도의 거의 70%가 줄어드는 현상, 즉 ‘ 남극 오존 구멍 남극 오존 구멍(Antarctic ozone hole): 남극 대륙 상공에서 봄철에 오존 농도가 급격히 감소하는 현상. 1985년 파먼 등에 의해 처음 보고되었다. ’을 발견하였다. 이에 CFC의 오존층 파괴 문제를 해결하기 위하여 1987년에 몬트리올 의정서 몬트리올 의정서(Montreal Protocol, 1987): 오존층 파괴 물질의 생산과 사용을 규제하기 위한 국제 협약. CFC를 비롯한 오존 파괴 물질의 단계적 감축을 규정했다. 가 발표되면서 CFC의 사용을 줄이기 위한 조치가 취해졌다. 하지만 그 후 남극 오존 구멍의 상황은 더욱 악화되어 1992년과 1993년에는 통상 오존이 많이 분포하는 14~17km 상공에서 99%의 오존이 사라졌고, 2000년과 2006년에는 그때까지 알려진 가장 큰 오존 구멍이 보고되었으나, 그 이후 서서히 회복되는 추세에 있다. 이에 따라 남극 대륙 상공의 오존 구멍의 원인을 설명하는 다양한 가설이 제기되었고 이러한 가설들은 그 이후의 연구에 의해서 실증적인 증거들을 얻어 가고 있다. 대기 규모의 방대함과 다양한 요인들의 개입 때문에 남극 오존 구멍 발생의 메커니즘을 정확하게 밝히는 일은 어렵지만 오존층 파괴 문제의 심각성을 고려할 때 해결을 위한 지속적인 노력이 요청된다. *역전층: 높이 올라갈수록 기온이 상승하는 공기층. *ppm: 100만분의 1. *자유 라디칼: 결합하지 않은 전자를 하나 이상 가지고 있어, 반응성이 높은 원자 또는 원자의 무리. 배경지식 ▼ 오존(O₃)의 이중성 — 좋은 오존과 나쁜 오존 오존은 산소 원자 3개로 이루어진 분자이다. 성층권의 오존은 유해한 자외선을 흡수해 생명체를 보호하는 ‘좋은 오존’이다. 반면 대류권 지표 부근의 오존은 자동차 배기가스 등에서 비롯된 광화학 스모그의 핵심 성분으로 호흡기 질환을 유발하는 ‘나쁜 오존’으로 작용한다. 같은 물질이 어디에 존재하느냐에 따라 역할이 정반대인 셈이다. CFC 개발 역사 — 기적의 물질에서 환경 재앙으로 1930년대 이전에는 냉장고에 암모니아(NH₃)나 이산화황(SO₂) 같은 독성 가스가 냉매로 쓰여 사고 위험이 있었다. 1928년 토마스 미즐리(Thomas Midgley Jr.)가 CFC를 개발했고, 1930년대 키네틱 케미컬 사가 상용화하면서 안전하고 유용한 물질로 각광받았다. 그러나 1974년 몰리나·롤런드의 논문 이후 그 치명성이 드러났다. 아이러니하게도 CFC의 뛰어난 안정성(낮은 반응성)이 바로 성층권까지 도달하게 만드는 원인이었다. 몬트리올 의정서 — 환경 외교의 성공 사례 1987년 채택된 몬트리올 의정서는 환경 분야에서 가장 성공적인 국제 협약으로 평가받는다. 197개 국가가 비준하여 CFC를 포함한 오존 파괴 물질의 생산·소비를 99% 이상 줄였다. 그러나 CFC는 대기 중에서 수십~수백 년간 잔류하므로 오존층이 완전히 회복되기까지는 수십 년이 더 걸릴 전망이다. NASA는 오존층이 2066년경 1980년 이전 수준으로 회복될 것으로 예측하고 있다. 핵심 수치 정리 성층권 범위: 지상 10~50km | 오존 최대 농도: 12ppm | 남극 오존 감소: 봄철 약 70% | 오존 구멍 극심: 1992~1993년 99% 감소, 최대: 2000·2006년 ✎ 구조 분석 지문 유형 & 주제 유형 설명형 — CFC에 의한 오존층 파괴 메커니즘을 단계적으로 설명하고, 남극 오존 구멍의 발견과 국제적 대응을 소개한다. 주제 CFC의 오존층 파괴 원리와 남극 오존 구멍의 발견 문단별 요지 문단 핵심 내용 역할 ① 성층권 오존층의 특성(역전층, 12ppm)과 오존 생성·분해의 균형 원리 화제 도입 ② CFC의 특성·용도, 성층권에서 CFC → Cl 원자 방출 → 오존 촉매 분해 메커니즘, 염소 원천 화합물의 순환 핵심 원리 설명 ③ 남극 오존 구멍의 발견(1985), 몬트리올 의정서(1987), 이후 악화 및 서서히 회복하는 추세 실증 사례 + 마무리 논리 흐름도 ① 오존층 형성·유지 → 태양 복사선+O₂ → O₃ 생성 / 질소 산화물 → O₃ 분해 (균형) ↓ ② CFC 오존 파괴 → 자외선 → CFC 분해 → Cl(촉매) → O₃ 분해 / 염소 원천 화합물 순환 ↓ ③ 오존 구멍 발견·대응 → 1985 남극 오존 구멍 → 1987 몬트리올 의정서 → 악화 후 회복 추세 key-point 5선 Point 1. CFC의 구조적 특성이 성층권 도달의 원인 CFC는 반응성이 매우 낮아 대기 중 비에도 분해되지 않고 성층권까지 도달한다. 이 안정성이 오히려 오존층 파괴의 원인이 된다는 역설을 기억할 것. Point 2. 자외선의 역할: CFC 분해 촉진 성층권의 짧은 파장·고에너지 자외선이 CFC를 분해하여 염소 원자(Cl)를 방출시킨다. 태양 복사선은 오존 생성과 분해 양쪽에 모두 관여한다는 점이 핵심이다. Point 3. Cl 원자의 촉매 순환 반응 Cl + O₃ → ClO + O₂ / ClO + O → Cl + O₂ — 염소 원자는 반응 후 소모되지 않고 재생되어 반복적으로 오존을 파괴한다. '촉매'의 개념을 정확히 이해해야 한다. Point 4. 남극 오존홀과 계절성 남극 상공에서 봄(10월)이 되면 오존 농도의 약 70%가 줄어드는 현상. 1992~1993년에는 14~17km 상공에서 99%의 오존이 사라진 극단적 사례도 있었다. Point 5. 몬트리올 의정서의 한계와 시차 1987년 규제 조치 후에도 오존 구멍은 2000·2006년까지 더 악화되었다. CFC가 이미 대기 중에 축적되어 있고 반응성 화합물이 계속 자유 라디칼을 공급하기 때문이다. 즉각 회복은 불가능하다는 것이 핵심. 핵심개념사전 CFC (염화 플루오린화 탄소) 탄소(C)에 염소(Cl)와 플루오린(F)이 결합한 화합물. 반응성이 매우 낮아 냉매·추진제 등으로 사용되었으나, 성층권에서 자외선에 분해되어 오존층을 파괴하는 것으로 밝혀졌다. 1930년대 키네틱 케미컬 사가 발매. 오존 (O₃) 산소 원자 3개로 이루어진 분자. 성층권에서는 자외선을 흡수해 생명체를 보호하는 역할(좋은 오존), 대류권에서는 광화학 스모그를 유발(나쁜 오존). 성층권 최대 농도 12ppm. 자외선 (UV) 파장이 짧고 에너지가 높은 전자기파. 성층권에서 CFC를 분해해 염소 원자를 방출시키는 동시에, 산소 분자를 분해해 오존을 생성하는 역할도 한다. 즉, 오존의 생성과 분해 양쪽에 모두 관여한다. 성층권 (stratosphere) 지상 약 10~50km의 대기층. 역전층 구조로 고도가 높을수록 기온이 상승(저층 −60℃, 상층 0℃). 오존층이 위치하며, 대류가 거의 없어 CFC가 한 번 진입하면 오랫동안 체류한다. 염소 라디칼 (Cl·) CFC에서 분리되어 나온 반응성이 큰 염소 원자. 오존 분해 반응의 핵심 촉매. 하나의 Cl 원자가 수만 개의 오존 분자를 파괴할 수 있다. 촉매 (catalyst) 반응에 참여하면서도 자신은 소모되지 않고 보존되는 물질. 이 지문에서 Cl 원자는 O₃를 분해한 후 다시 Cl로 재생되어 반복적으로 오존을 파괴한다. '반응 후 소모되지 않는다'가 핵심. 일산화 염소 라디칼 (ClO) Cl + O₃ 반응의 중간 생성물. 산소 원자(O)와 반응하여 다시 Cl을 방출한다. 촉매 순환 반응의 중간체. 염소 원천 화합물 HCl(염화 수소), ClONO₂(질산 염소), HOCl(하이포아염소산). Cl 원자 또는 ClO가 다른 물질과 반응하여 생성. 태양 복사선에 의해 분해되어 다시 반응성 큰 자유 라디칼 Cl 원자를 공급한다. 자유 라디칼 (free radical) 결합하지 않은 전자(홀전자)를 하나 이상 가진 원자·분자 조각. 반응성이 매우 높다. 지문에서 ㉠으로 표시된 자유 라디칼 염소 원자가 대표적이며, 오존 분해에 활발히 참여한다. 남극 오존 구멍 남극 대륙 상공에서 봄철(남반구 10월)에 오존 농도가 급격히 감소하는 현상. 1985년 파먼 등이 발견. 1992~1993년에는 14~17km 상공에서 99% 감소. 몬트리올 의정서 (1987) CFC 등 오존 파괴 물질의 생산·사용을 규제하기 위한 국제 협약. 197개국 비준. 가장 성공적인 환경 협약으로 평가받으나, CFC의 장기 잔류로 오존층 회복에는 수십 년이 더 필요하다. 역전층 (逆轉層) 높이 올라갈수록 기온이 상승하는 공기층. 성층권이 대표적. 대류권은 고도가 높을수록 기온이 하강한다(정상 기온 감률). 역전층에서는 대류가 억제되어 물질이 혼합되지 않고 체류한다. CFC 오존 파괴 5단계 정리 단계 과정 핵심 포인트 1단계 CFC가 성층권 상층부에 도달 반응성이 낮아 비에 분해되지 않음 2단계 자외선이 CFC를 분해 → Cl 원자 방출 짧은 파장의 고에너지 자외선 3단계 Cl + O₃ → ClO + O₂ 염소 원자가 오존 분해 4단계 ClO + O → Cl + O₂ Cl 재생 — 촉매 순환 5단계 Cl → HCl, ClONO₂, HOCl → 태양 복사선 → Cl 재공급 염소 원천 화합물의 간접 순환 TIP 1. 촉매의 핵심 정의 촉매는 반응에 참여하면서도 '스스로 보존'된다. Cl 원자가 O₃를 분해한 뒤 다시 Cl로 돌아오는 구조를 화살표로 그려 기억하면 선지 함정을 피할 수 있다. TIP 2. 태양 복사선의 이중 역할 태양 복사선은 ① O₂에 부딪쳐 오존(O₃)을 생성하고, ② CFC를 분해해 Cl을 방출하며, ③ 염소 원천 화합물을 분해해 자유 라디칼 Cl을 공급한다. 오존 생성과 분해 양쪽에 관여한다는 점을 반드시 기억할 것. TIP 3. 의정서 이후에도 왜 악화되었나? CFC는 이미 대기 중에 대량 축적되어 있었고 반응성이 낮아 오랫동안 잔류한다. 또한 염소 원천 화합물이 태양 복사선에 의해 계속 Cl을 공급한다. 사용 금지 ≠ 즉각 회복이라는 점이 시험 포인트. ✔ 문제풀기 내 점수 0 / 0 OX 확인 문제 (20문항) Basic (1~7번) 1. 성층권에서는 고도가 올라갈수록 기온이 상승한다. basic O X 2. 오존층에서 오존의 농도는 최대 12ppm에 달한다. basic O X 3. CFC는 대기 중의 오염 물질을 정화하는 비에 의해 분해되지 않아 성층권 상층부에 이르게 된다. basic O X 4. 염소 원자는 오존을 분해하는 반응을 완결하면서 스스로 보존된다. basic O X 5. CFC는 1930년대 키네틱 케미컬 사가 발매할 당시 무독성, 비가연성 기체로 알려졌다. basic O X 6. 남극 오존 구멍은 1985년에 파먼과 그의 동료 연구자들에 의해 발견되었다. basic O X 7. 몬트리올 의정서는 1987년에 발표되었다. basic O X Intermediate (8~14번) 8. 성층권에서 오존의 생성과 분해가 균형을 이루면 오존 농도는 일정하게 유지된다. intermediate O X 9. 태양 복사선은 성층권에서 오존의 생성과 분해에 모두 관여한다. intermediate O X 10. 염소 원천 화합물(HCl, ClONO₂, HOCl)은 태양 복사선에 의해 분해되어 자유 라디칼 염소 원자를 공급한다. intermediate O X 11. 몬트리올 의정서 발표 이후에도 남극 오존 구멍의 상황은 더욱 악화되어 1992년과 1993년에는 오존이 많이 분포하는 14~17km 상공에서 99%의 오존이 사라졌다. intermediate O X 12. 1992년과 1993년에는 오존이 많이 분포하는 14~17km 상공에서 99%의 오존이 사라졌다. intermediate O X 13. ㉠ 자유 라디칼 염소 원자는 오존을 분해하는 반응을 완결하면서 스스로 보존되어 오존 분해의 촉매로서 기능한다. intermediate O X 14. CFC의 알짜 반응은 O₃+O → 2O₂로, 오존 분자 하나와 산소 원자 하나가 결합하여 산소 분자 두 개가 된다. intermediate O X Hard (15~20번) — 함정 주의 15. CFC는 성층권에서 분해와 합성을 반복하며 오존층을 파괴한다. hard O X 16. 몰리나는 1973년에 CFC가 대기 중에 축적되고 있다는 보고를 발표한 뒤 1974년 오존층 파괴 논문을 썼다. hard O X 17. 성층권에서 질소 산화물이 관여하는 화학적 과정을 통해 오존이 생성된다. hard O X 18. CFC의 발매 당시, CFC가 오존층의 오존을 분해할 가능성이 인지되었기 때문에 사용이 제한되었다. hard O X 19. 남극 오존 구멍은 2000년 이후 서서히 회복되는 추세이지만 아직 그 원인이 완전히 밝혀지지 않았다. hard O X 20. 이 글에서 CFC의 발명 과정을 알 수 있다. hard O X 함정 특강 함정 1. CFC의 '합성' vs '분해' CFC는 성층권에서 '분해'만 된다. '합성'된다는 내용은 지문 어디에도 없다. '분해와 합성을 반복한다'는 선지는 오답이다. 함정 2. 태양 복사선과 자유 라디칼의 관계 태양 복사선은 자유 라디칼 염소 원자를 '소멸'시키는 것이 아니라, 염소 원천 화합물을 분해해 자유 라디칼을 '생성(공급)'한다. 인과 관계를 반대로 제시하는 함정에 주의. 함정 3. 질소 산화물과 오존의 관계 질소 산화물은 오존의 '분해'에 관여한다. 생성에는 관여하지 않는다. 지문 1문단: "자연적으로 생성되는 질소 산화물이 관여하는 화학적 과정을 통해 오존이 지속적으로 분해되기도 한다." 수능형 문제 1 윗글에서 답을 찾을 수 없는 질문은? ① 오존층의 오존은 어떻게 생성되는가? ② CFC는 어떻게 오존층을 파괴하는가? ③ CFC는 어떤 과정을 통해 발명되었는가? ④ 남극 오존 구멍의 해결 방안은 무엇이었나? ⑤ 성층권에서는 고도에 따라 온도가 어떻게 변하는가? 출제 의도 세부 내용 파악 — 글에서 답을 찾을 수 없는 질문을 가려내는 문제이다. 선지 분석 ① 적절 — 1문단에서 성층권 상층부에서는 산소 분자에 태양 복사선이 부딪쳐 오존이 생성된다고 설명하고 있다. ② 적절 — 2문단에서 CFC가 성층권 상층부에서 자외선에 의해 분해되면서 염소 원자가 나와서 오존을 분해하고, 이후 염소 원자는 다른 물질과 결합했다가 분해되어 나와서 다시 오존을 분해한다고 설명하고 있다. ③ 답을 찾을 수 없음 (정답) — 2문단에서 키네틱 케미컬 사가 1930년대 CFC를 발매했을 때 알려진 특성에 대해서 언급하였으나 CFC가 어떤 과정을 통해 발명되었는지는 이 글 어디에서도 설명하고 있지 않다. ④ 적절 — 3문단에서 남극 오존 구멍 발견과 그에 대한 해결 방안으로서 몬트리올 의정서의 발표에 대해 언급하고 있다. ⑤ 적절 — 1문단에서 성층권은 전형적인 역전층을 이루고 있어서 저층에서는 −60℃에 가깝지만 고도가 올라가면서 온도가 꾸준히 상승해 50km에서는 0℃에 육박한다고 설명하고 있다. 함정 해부 [미언급 정보] CFC의 '발매'와 '발명'을 혼동하게 유도한다. 글에는 발매 사실만 있을 뿐 발명 과정은 없다. 2 윗글을 통해 알 수 있는 내용이 아닌 것은? ① CFC는 성층권에서 분해와 합성을 반복하며 오존층을 파괴한다. ② 태양 복사선은 성층권에서 오존의 생성과 분해에 모두 관여한다. ③ CFC는 반응성이 매우 낮아 스프레이 캔에서 다른 물질을 분해하지 않는다. ④ 몬트리올 의정서 발표 후에 2000년에도 남극의 오존 구멍은 개선되지 않았다. ⑤ CFC의 발매 당시에는 CFC가 오존층의 오존을 분해할 가능성은 인지되지 않았다. 출제 의도 생략된 내용 추론 — 글에서 알 수 있는 내용과 알 수 없는 내용을 변별하는 문제이다. 선지 분석 ① 알 수 없음 (정답) — 2문단에 CFC가 성층권에서 분해되어 나온 염소 원자가 오존 분자를 분해한다는 내용은 있지만 CFC가 성층권에서 합성된다는 내용은 이 글 어디에도 없다. ② 적절 — 1문단에서 태양 복사선이 산소 분자에 부딪쳐 오존을 생성하고, 2문단에서 태양 복사선(자외선)이 CFC를 분해하여 염소 원자를 만들고 이것이 오존을 분해한다고 하였다. 또한 염소 원천 화합물도 태양 복사선에 의해 분해되어 자유 라디칼 염소 원자를 공급한다고 하였다. ③ 적절 — 2문단에서 CFC는 발매 당시 반응성이 매우 낮아 다른 물질을 분해하지 않는다고 알려졌고, 이에 따라 스프레이 캔의 추진제 등으로 널리 사용되었다고 하였다. ④ 적절 — 3문단에서 1987년 몬트리올 의정서 발표 후 상황이 더욱 악화되어 2000년과 2006년에 가장 큰 오존 구멍이 보고되었다고 하였다. ⑤ 적절 — 2문단에서 CFC는 키네틱 케미컬 사가 발매할 당시만 해도 반응성이 낮아 다른 물질을 분해하지 않는다고 알려졌다고 하였다. 함정 해부 [무에서 유] '분해와 합성을 반복'에서 '합성'은 글에 없는 정보이다. CFC는 성층권에서 분해될 뿐 합성(재생성)되지 않는다. 3 ㉠에 대한 설명으로 적절하지 않은 것은? ① 염소 원자가 반응성이 큰 상태이다. ② 성층권에서 태양 복사선 때문에 소멸한다. ③ 성층권에서 오존을 분해하는 반응에 참여한다. ④ CFC에서 분리되어 나온 염소 원자로부터 생겨난다. ⑤ 성층권에서 염소 원천 화합물이 분해되어 만들어진다. 출제 의도 세부 내용 파악 — ㉠ '자유 라디칼 염소 원자'에 대한 정확한 이해를 변별한다. 선지 분석 ① 적절 — 2문단에서 '염소 원천 화합물'은 태양 복사선을 받으면서 분해되어 성층권에 반응성이 큰 자유 라디칼 염소 원자를 공급해 준다고 하였다. ② 적절하지 않음 (정답) — 2문단에서 성층권 상층부에 도달한 CFC에 태양 복사선이 부딪쳐 생성된 염소 원자에서 생성된 '염소 원천 화합물'은 태양 복사선을 받으면서 분해되어 자유 라디칼 염소 원자를 공급해 준다고 하였다. 따라서 성층권에서 태양 복사선 때문에 자유 라디칼 염소 원자가 소멸하는 것은 아니다. 오히려 태양 복사선에 의해 생성(공급)된다. ③ 적절 — 2문단에서 이것들(자유 라디칼 염소 원자)은 활발하게 오존을 분해하는 반응에 참여한다고 하였다. ④ 적절 — 2문단에서 CFC가 분해되면서 생성된 염소 원자나 그 염소 원자에서 생성된 일산화 염소 라디칼이 '염소 원천 화합물'을 만들고, 이것이 분해되어 자유 라디칼 염소 원자를 공급한다고 하였다. ⑤ 적절 — 2문단에서 '염소 원천 화합물'은 태양 복사선을 받으면서 분해되어 자유 라디칼 염소 원자를 공급한다고 하였다. 함정 해부 [인과 전도] 태양 복사선은 자유 라디칼 염소 원자를 '소멸'시키는 것이 아니라 오히려 '생성(공급)'하는 원인이다. 4 윗글을 읽고 <보기>를 이해한 내용으로 적절하지 않은 것은? < 보 기 > 다음 그래프는 1987년 8월과 10월의 남극 대륙 관측소 상공의 오존 농도 분포를 보여 준다. 부분압은 오존 농도에 비례한다. 남극에서는 겨울인 8월에 비해 봄인 10월의 평균 기온이 더 높다. [그래프: 고도(km) vs 오존 부분압(mPa). 8월에는 20km 근처에서 오존 농도가 가장 높고, 10월에는 20km 근처에서 오존 농도가 급격히 감소함] ① 파먼이 최초로 발견한 오존 구멍이 1년 이상 경과한 후에도 나타나고 있다. ② 몰리나가 1974년에 한 주장을 뒷받침하는 현상이 남극 상공에서 발생한다고 말할 수 있다. ③ 1987년 남극의 봄에는 직전 겨울에 비해 남극 상공 성층권에서 오존 농도가 현격히 줄었다. ④ 1987년 8월에 남극 상공에서는 다른 고도보다 20km 근처에서 오존의 분해가 더 촉진되고 있다. ⑤ 몬트리올 의정서가 발표될 때 지적된 오존층 파괴의 심각성을 보여 주는 사실 정보를 전달하고 있다. 출제 의도 구체적 사례 적용 — 지문의 내용을 <보기>의 그래프에 적용하여 이해하는 문제이다. 선지 분석 ① 적절 — 3문단에서 1985년에 파먼이 남극 오존 구멍을 발견했고, <보기>는 1987년에도 10월(봄)에 오존 농도가 급격히 감소하는 현상을 보여 준다. 따라서 오존 구멍이 1년 이상 경과한 후에도 나타나고 있다. ② 적절 — 몰리나는 1974년에 CFC가 오존을 파괴한다고 주장했고, <보기>는 남극 성층권에서 오존이 급격히 감소하는 현상을 보여 주므로 그 주장을 뒷받침한다. ③ 적절 — <보기>의 그래프에서 1987년 봄(10월)에는 겨울(8월)에 비해 20km 근처에서 오존 농도가 현격히 줄었음을 확인할 수 있다. ④ 적절하지 않음 (정답) — 1문단에서 오존의 분해가 촉진되면 농도가 낮아진다고 하였다. <보기>의 그래프에서 1987년 8월에 남극 상공 20km 근처에서 오존 농도가 다른 고도에 비해 높다. 오존 농도가 높다는 것은 분해가 촉진되는 것이 아니라 오히려 오존이 많이 분포한다는 뜻이므로 적절하지 않다. ⑤ 적절 — 3문단에서 1987년에 CFC의 오존층 파괴 문제를 해결하기 위해 몬트리올 의정서가 발표되었다고 하였고, <보기>는 같은 해 남극에서 오존 농도가 급격히 감소하는 현상을 보여 주므로 오존층 파괴의 심각성을 전달한다. 함정 해부 [반대 해석] 8월에 20km 근처에서 오존 농도가 '높은' 것을 분해가 '촉진'되는 것으로 오독하게 유도한다. 높은 농도는 오존이 많이 분포한다는 뜻이지 분해가 활발하다는 뜻이 아니다. ★ 연계 포인트 수능 출제 핵심 포인트 Point 1. CFC의 오존 파괴 메커니즘 — 촉매 반응 정확히 기억 CFC → Cl 방출 → O₃ 분해 → Cl 재생(촉매)의 순환 과정을 정확히 기억해야 한다. 특히 'CFC가 합성된다'는 함정에 주의. CFC는 성층권에서 분해만 될 뿐 합성되지 않는다. Point 2. 염소 원천 화합물의 역할 — 소멸 vs 공급 HCl, ClONO₂, HOCl 등은 태양 복사선에 의해 분해되어 자유 라디칼 염소 원자를 '공급'한다. 태양 복사선이 자유 라디칼을 '소멸'시킨다는 함정에 주의. 오히려 생성(공급)하는 것이다. Point 3. 시간 순서와 인과 관계 정확히 파악 1930년대(CFC 발매) → 1973년(대기 축적 보고) → 1974년(몰리나 논문) → 1985년(남극 오존 구멍 발견) → 1987년(몬트리올 의정서) → 이후 악화 → 서서히 회복. 시간 순서를 정확히 파악해야 <보기> 적용 문제에 대응할 수 있다. Point 4. 태양 복사선의 이중 역할 태양 복사선은 ① 산소 분자를 분해하여 오존을 생성하고, ② CFC를 분해하여 염소 원자를 만들고, ③ 염소 원천 화합물을 분해하여 자유 라디칼을 공급한다. 오존의 생성과 분해에 모두 관여한다는 점이 핵심이다. Point 5. 질소 산화물 vs 자외선의 역할 구분 성층권에서 오존 생성은 '산소 분자 + 태양 복사선', 오존 분해는 '질소 산화물 관여 화학적 과정'이다. 질소 산화물이 오존 생성에 관여한다는 함정 진술에 주의할 것. 연계 개념 카드 📚 환경 과학 — 대기 오염과 국제 협약 오존층 파괴, 온실 효과, 산성비 등 대기 환경 문제와 그 해결을 위한 국제 협약(몬트리올 의정서, 교토 의정서, 파리 협정)은 수능 과학 독서의 빈출 주제이다. 📚 촉매와 화학 반응 속도 촉매가 반응에 참여하면서도 소모되지 않는 원리는 화학 분야의 핵심 개념으로, 효소(생물학적 촉매)와 연결한 갈래 복합 문제 출제가 가능하다. 📚 자유 라디칼과 산화 스트레스 자유 라디칼은 생체 내에서도 세포 손상, 노화, 암의 원인이 되며 항산화제가 이를 중화한다. 생명과학 지문과 연계 출제 가능성이 있다. 고빈도 오답 패턴 정리 TIP. 자주 나오는 오답 패턴 3가지 ① CFC가 성층권에서 '합성'된다 → ✗ 분해만 된다 ② 태양 복사선이 자유 라디칼을 '소멸'시킨다 → ✗ 공급(생성)한다 ③ 질소 산화물이 오존 '생성'에 관여한다 → ✗ 분해에 관여한다