용해도는 일정한 온도에서 일정한 양의 용매에 최대로 녹을 수 있는 용질의 양으로,…과포화 상태는 용질이 용해도 이상으로 녹아 있는 상태인데…결정화는 포화 상태의 혼합물이 과포화 상태가 되어 용질이 고체 입자로 석출되는 것으로…임계 온도는 어떤 물질이 액체로 존재할 수 있는 최고 온도이고, 임계 압력은 어떤 물질이 기체로 존재할 수 있는 최대 압력이다. 온도와 압력이 임계 온도와 임계 압력 이상일 때 물질은 액체도 아니고 기체도 아닌 초임계 상태로 존재한다. (중략)
반용매는 용질을 녹이지 않고 용매와는 잘 섞이는 물질로, 반용매를 혼합물에 첨가하면 반용매는 용매와 섞이고 용질은 고체 입자로 석출된다. GAS 공정에서는 결정화하려는 물질을 액체 용매에 녹여서 혼합물을 만들고 용기에 적당량 채운 뒤 용기를 밀폐한다. 이후 용기의 온도와 압력을 이산화 탄소와 액체 용매의 임계 온도와 임계 압력의 사이에 맞추고 초임계 이산화 탄소를 용기에 주입한다. 그러면 혼합물이 과포화 상태가 되고 녹아 있던 용질은 고체 입자로 석출된다. 반용매가 용매와 섞이면서 포화될 수 있는 용질의 양이 줄어드는 것이다. 석출되는 용질의 양은 처음에 채운 혼합물의 양이 같다면 그 농도에 의해 정해진다.
결정화 공정에서 고체 입자를 석출할 때는 우선 일정한 수의 용질 분자가 모여서 집합체를 이루어 결정핵이 생성되어야 한다. 혼합물의 농도가 높을수록 결정핵을 만들 수 있는 용질 분자의 수가 많아 결정핵이 많이 생긴다. 결정핵이 많이 생성되면 하나의 결정핵에 모일 수 있는 용질 분자의 수가 적어져서 고체 입자의 크기는 작아지게 된다.
- 2023학년도 교육청 전국연합학력평가 -
GAS 공정에서는 결정화하려는 물질을…임계 온도와 임계 압력의 사이에 맞추고 초임계 이산화 탄소를…과포화 상태
수능에서 고등학교 수준 이상의 개념은 충분히 설명해준다고 했다. 설명은 개념 정의에서 시작된다고도 했다. 지문에서 ‘GAS 공정’을 설명하고 있는데, 그 내용은 어려운 개념들로 돼 있다. 그래서 지문의 앞에서 그 개념들을 다음과 같이 정의해 이해를 돕고 있다. 사실 ‘용해도’ ‘과포화 상태’ ‘결정화’는 고등학생이면 알고 있어야 할 개념이어서 굳이 설명해줄 필요가 없지만, 지문에서는 친절하게도 정의해주고 있다.
어쨌든 지문의 핵심 개념은 또 다른 개념으로 정의되므로, 끈기 있게 개념을 이해하는 훈련을 많이 해야 할 것이다.
GAS 공정
‘공정(工程)’은 한 제품이 완성되기까지 거쳐야 하는 하나하나의 작업 단계를 뜻한다. 철수 쌤은 이 어휘가 보이면 시간 순서를 고려할 준비를 한다. 지문에서도 GAS 공정을 다음과 같이 단계별로 나눠 읽을 필요가 있다. 지문에는 ‘초임계 이산화 탄소를 용기에 주입’한 이후의 공정을 ‘반용매가 용매와 섞이면서 포화될 수 있는 용질의 양이 줄어드는 것’이라고 추상적으로 말하고 있다. ‘A. Bㄴ 것이다’는 문장의 연결에서 B는 A와 같은 말임을 고려하면 이를 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 이럴 경우 철수 쌤은 다음과 같이 이해한다. 한편 철수 쌤은 또 다른 정보가 있을 때 그 정보를 이전 정보와 어떻게 결합할 것인가를 생각하며 글을 읽는 버릇이 있다. 지문에서도 ‘결정화 공정에서 고체 입자를 석출할 때는 … 결정핵이 생성되어야 한다’는 정보를 보는 순간, 앞의 공정에서 어느 단계와 관련 있을까를 생각해본다. ‘결정화 공정에서 고체 입자를 석출할 때’라고 했으므로, 철수 쌤은 ‘혼합물이 과포화 상태가 되’는 것과 ‘용질은 고체 입자로 석출’되는 사이에 ‘결정핵이 생성되’는 것으로 이해한다.
높을수록…많아…생성되면…적어져서…작아지게 된다.
철수 쌤은 함수를 고려하며 읽어야 하는 경우를 너무나 잘 알고 있다. 지문에서도 ‘혼합물의 농도’ ‘용질 분자의 수’ ‘결정핵’ ‘하나의 결정핵에 모일 수 있는 용질 분자의 수’ ‘고체 입자의 크기’는 서로 독립 변수와 종속 변수가 되면서 함수 관계를 이룬다. 이를 철수 쌤은 다음과 같이 위 아래 화살표를 그리며 읽는다. 그러면서 ‘혼합물의 농도’ ‘용질 분자의 수’ ‘결정핵(의 수)’는 비례 관계, ‘결정핵(의 수)’와 ‘하나의 결정핵에 모일 수 있는 용질 분자의 수’, ‘결정핵(의 수)’와 ‘고체 입자의 크기’는 반비례 관계임을 파악한다.
포인트
1. 수능에서 고등학교 수준 이상의 개념은 충분히 설명해주며, 설명은 개념 정의에서 시작된다.
2. ‘공정(工程)’은 한 제품이 완성되기까지 거쳐야 하는 하나하나의 작업 단계를 뜻하므로, 이 어휘가 보이면 시간 순서를 고려해 읽도록 하자.
3. 새로 접한 정보를 이전 정보와 어떻게 결합할 것인가를 생각하며 글을 읽어야 한다.
4. ‘A. Bㄴ 것이다’는 문장의 연결에서 B는 A와 같은 말임을 고려하며 읽자.
5. 함수를 고려하며 읽어야 하는 경우 위 아래 화살표를 그려가며 읽고 비례 또는 반비례 관계를 파악해야 한다.
