자작 독서 지문
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해설:
[정답 및 해설]
04. [정답] ③
[출제의도]
분자의 구조와 진동 방식에 따른 쌍극자 모멘트 변화 및 적외선 흡수 원리를 <보기>의 조건과 연결하여 추론한다.
[지문 및 <보기> 분석]
* 지문 핵심: 분자가 적외선을 흡수하여 온실가스가 되려면 진동 시 쌍극자 모멘트가 변화해야 한다.
* <보기> 핵심: 이산화탄소(CO_2)의 4가지 진동 방식 중 (가)는 쌍극자 모멘트의 값이 변하지 않는 모형이다. 따라서 이산화탄소는 특정 진동 방식에 따라 온실 기체로 작용할 수도, 없을 수도 있는 '조건부' 온실 기체이다.
[선지별 해설]
* ① (O): <보기>에서 (가) 모형만 쌍극자 모멘트가 변하지 않는다고 명시했으므로, 이를 제외한 (나), (다), (라) 방식은 진동 시 쌍극자 모멘트가 변화하여 적외선을 흡수할 수 있다.
* ② (O): 이산화탄소는 평상시 무극성 분자이지만, (나), (다), (라)와 같이 대칭이 깨지는 방식으로 진동할 때는 일시적으로 쌍극자 모멘트가 발생하여 극성 상태가 될 수 있다.
* ③ (X): 물(H_2O)의 3가지 진동 방식이 모두 쌍극자 모멘트가 변화하는 방식이라면, 물은 어떤 진동에서도 적외선을 흡수하는 '항상적' 온실 기체이다. 반면, 이산화탄소는 <보기>의 전제에 따라 (가) 방식에서는 온실 기체로 역할 할 수 없다. 따라서 이산화탄소를 물과 동일하게 "모든 진동 방식에서 온실 기체로 판정될 수 있다"고 묶어서 추론하는 것은 옳지 않다.
* ④ (O): 메탄(CH_4)은 원자 수가 5개로 이산화탄소(3개)와 다르므로 진동 방식의 수가 서로 다를 수 있으며, 이에 따라 메탄은 이산화탄소와 달리 모든 진동 방식에서 모멘트 값이 변할 가능성도 충분히 추론 가능하다.
* ⑤ (O): (가) 진동 방식은 쌍극자 모멘트의 변화가 없는 방향으로 원자들이 서로 상호작용하며 균형을 이루고 있는 상태이다. 이는 이산화탄소가 본래 무극성 분자라는 구조적 특징을 뒷받침하는 근거가 된다.
[핵심 Key]
이산화탄소는 모든 상황에서 온실 기체인 것이 아니라, 진동 방식에 따라 온실 효과 기여 여부가 결정된다는 <보기>의 제한 조건을 정확히 파악하는 것이 문제 해결의 핵심이다.
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