2021 고졸 검정고시 과학

1. 물질과 규칙성

1.1. 물질의 규칙성과 화학 결합

1.1.1. 우주의 구성 요소

1.1.1.1. 스펙트럼과 원소1.1.1.2. 빅뱅과 원소 생성1.1.1.3. 빅뱅 우주론

1.1.2. 별의 탄생과 진화

1.1.2.1. 별의 진화1.1.2.2. 태양계 형성

1.1.3. 주기율표

1.1.3.1. 원소와 주기율표1.1.3.2. 원소들의 주기성1.1.3.3. 원소의 분류

1.1.4. 화학 결합

1.1.4.1. 화학 결합의 이유1.1.4.2. 이온 결합1.1.4.3. 공유 결합

1.1.5. 화학 결합의 성질

1.1.5.1. 이온 결합 물질1.1.5.2. 공유 결합 물질

1.2. 자연의 구성 물질

1.2.1. 지각과 생명체의 구성 물질1.2.2. 생명체 구성 물질의 다양성1.2.3. 신소재

2. 시스템과 상호 작용

2.1. 역학적 시스템

2.1.1. 역학적 시스템과 중력2.1.2. 운동과 충돌

2.2. 지구 시스템

2.2.1. 지구 시스템과 상호 작용2.2.2. 지권의 변화

2.3. 생명 시스템

2.3.1. 세포의 구조와 특징2.3.2. 물질 대사와 효소2.3.3. 유전 정보의 흐름

3. 변화와 다양성

3.1. 화학 변화

3.1.1. 산화 환원 반응3.1.2. 산과 염기 및 중화 반응

3.2. 생물 다양성

3.2.1. 지질 시대의 생물3.2.2. 생물의 진화3.2.3. 생물 다양성과 보전

4. 환경과 에너지

4.1. 생태계와 환경

4.1.1. 생물과 환경4.1.2. 생태계4.1.3. 지구 환경 변화4.1.4. 에너지 전화과 이용

4.2. 발전과 신재생 에너지

4.2.1. 전기 에너지의 생산과 수송4.2.2. 태양 에너지의 생성과 전환4.2.3. 지구 환경과 발전 방식4.2.4. 미래를 위한 기술

1. 물질과 규칙성

1.1. 물질의 규칙성과 화학 결합

1.1.1. 우주의 구성 요소

1.1.1.1. 스펙트럼과 원소

스펙트럼은 광원에서 오는 빛이 분광기[1][2][3]를 통과할 때 파장에 따라 분산되어 보이는 여러 가지 색의 띠

1. 프리즘을 이용해 빛을 분산하면 무지개처럼 빛이 펼쳐진다
2. 빛을 분광기에 통과시켜 빛을 분해한 후 사진을 찍어 스펙트럼을 관찰
3. 우주에서 오는 빛을 망완경으로 모아 분광기에 통과시키면 여러 가지 스펙트럼으로 나타남 >> 우주의 구성 요소를 알 수 있다

스펙트럼의 종류
1. 연속 스펙트럼 : 햇빛이나 백열등의 빛처럼 전 파장에 걸쳐서 연속적으로 나타나는 색의 띠
2. 흡수 스펙트럼 : 물질 속에 연속 스펙트럼을 가지는 빛을 통과시켰을 때, 그 물질에 특정한 파장 영역이 흡수되어 검은색 선으로 나타나는 것
3. 선 스펙트럼 : 나트륨등[4]이나 기체 방전관[5]에서 나오는 빛을 프리즘으로 분산하면 프리즘[6]을 통과한 특정 파장의 빛만 색으로 나타남

<rowcolor=#ffffff,#ffffff> 구분	생성 과정
연속 스펙트럼	고온의 백색광
흡수 스펙트럼	연속스펙트럼의 빛이 저온의 기체를 통과할 때
선 스펙트럼	고온의 기체에서 생성

우주에서 온 빛의 선 스펙트럼을 분석하여 우주를 구성하는 원소의 종류와 질량을 분석

(1) 스펙트럼으로 원소 분석
1. 특정 기체에 전류를 흘리고 고온의 기체를 분광기로 보면 선 스펙트럼을 관찰 가능
2. 수소, 헬륨 등 원소마다 선의 위치가 모두 다름
3. 고온의 수소 시체를 관찰한 선 스펙트럼 = 광원의 빛을 버온의 수소 기체를 통과시켜 관찰하는 흡수선의 위치는 동일
4. 별빛의 스펙트럼을 분석하면 흡수하는 선의 위치로 별을 구성하는 성분 원소를 알아낼 수 있다

(2) 별빛의 선 스펙트럼
1. 원자핵 주위를 도는 전자들은 특정한 에너지를 갖는 궤도(에너지 준위)에만 존재할 수 있다
2. 원소마다 에너지 준위[7][8]가 달라서 선 스펙트럼이 다르다
3. 선 스펙트럼을 분석하면 우주에 분포하는 원소의 종류와 양을 알 수 있다
4. 전자가 높은 에너지 궤도로 이동할 때는 빛을 흡수하여 흡수 스펙트럼으로 나타남, 낮은 에너지 궤도로 이동 할 때는 빛을 방출하여 방출 스펙트럼으로 나타남

1.1.1.2. 빅뱅과 원소 생성

빅뱅(대폭발)은 우주 생성에 관한 이론, 약 137억 년 전 점과 같은 상태였던 초기 우주가 매우 높은 온도&밀도에서 대폭발이 일어나 지금처럼 팽창된 우주가 만들어졌다는 이론
1. 대폭발 후 온도가 점차 낮아져 물질이 생성
2. 물질과 에너지가 은하계와 은하계 내부의 천체들을 형성
3. 우주가 팽창하고 있다는 허블[9]의 관측을 근거로 함
4. 현재도 우주는 계속 팽창하고 있으며, 먼 은하일수록 우리 은하와 빠르게 멀어진다는 사실이 관측을 통해 발견

빅뱅의 증거
1. 우주 팽창 : 우주가 팽창하고 있다는 사실은 허블이 처음 발견
2. 우주 배경 복사 : 빅뱅 이후 약 38만 년 3,000K이었으나 최근 2.7K 우주 배경 복사가 실제로 존재함이 발표되어 우주의 온도가 낮아짐
3. 우주의 원소 분포 : 초기 고온의 대폭발 때 이들 원소의 핵이 만들어지는데 아주 짧은 시간이 걸렸다는 대폭발설의 설명과 일치

허블은 도플러 효과[10]로 인한 적색편이 현상을 관측하고 우주의 팽창 증거를 제시

<rowcolor=#ffffff,#ffffff> 허블 법칙 공식

u = H X r

후퇴속도[11] = 허블 상수[12] X 은하의 거리

1. 허블은 거리를 아는 외부 은하들의 적색편이[13]를 관측하여 후퇴 속도를 구했다
2. 허블 법칙으로 은하까지의 거리와 우주의 크기, 우주의 나이를 계산할 수 있다
3. 허블 법칙은 우주가 팽창하고 있다는 증거이다
4. 우주가 팽창할 때 팽창하는 우주의 중심은 없다.

외부 은하들의 스펙트럼에서 적색편이가 관측되었다 >> 외부 은하들이 우리 은하에서 점점 멀어지고 있다
거리가 먼 외부 은하일수록 적색편이량이 크게 관측되었다 >> 거리가 먼 외부 은하일수록 후퇴 속도가 더 크다

<rowcolor=#ffffff,#ffffff> 소리의 도플러 효과

물체가 멀어질 때 파장[14]은 길어지고 진동수는 감소하고 소리는 낮아진다

물체가 다가올 때 파장은 짧아지고 진동수는 증가하고 소리는 높아진다

<rowcolor=#ffffff,#ffffff> 빛의 도플러 효과

별빛이 멀어질 때 파장은 길어지고 스펙트럼의 흡수선은 붉은색 쪽으로 치우치고 적색편이 현상이 일어난다

별빛이 다가올 때 파장은 짧아지고 스펙트럼의 흡수선은 푸른색 쪽으로 치우치고 청색편이 현상이 일어난다

허블이 관측한 외부 은하의 후퇴 속도
1. 외부 은하의 거리가 멀수록 후퇴 속도가 크다
2. 그래프의 기울기 거리 분의 후퇴속도 = 허블 상수
3. 거리가 먼 은하일수록 빨리 멀어진다는 것은 우주 팽창을 의미

팽창하는 우주로 인해 온도가 낮아지면서 '기본 입자 > 양성자, 중성자 > 원자핵 > 원자 > 별, 은하'의 순으로 생성되었다

<rowcolor=#ffffff,#ffffff> 수소와 헬륨의 비

빅뱅으로부터 약 1초 이후, 양성자와 중성자의 개수비는 7:1(또는 8:1)로 고정된다고 추정된다

3분 동안 핵융합 반응이 일어났다

양성자 14개 + 중성자 2개 >> 수소 원자핵 12개 + 헬륨 원자핵 1개

초기 우주에 존재하는 헬륨의 질량비 = 12(수소)+4(헬륨)분의 4(헬륨) = 25%

1.1.1.3. 빅뱅 우주론

빅뱅 우주론

약 137억 년 전 우주의 모든 물질과 에너지가 모인 한점에서 대폭발로 시간, 물질, 공간, 에너지가 생겨나면서 우주가 형성되었다는 우주론[15]

(1) 빅뱅 : 온도와 밀도가 매우 높은 상태로 모든 물질과 에너지가 모인 한점에서 거대한 폭발이 일어남
(2) 우주의 시작 : 폭발과 함께 물질뿐만 아니라 시간, 공간, 에너지가 생겨나면서 우주가 형성
(3) 우주의 밀도 : 빅뱅 우주론에 따르면 우주의 총질량은 일정한데 계속 팽창하므로 우주의 밀도가 점점 감소함
(4) 우주의 온도 : 우주의 온도가 점점 낮아지게 된다

빅뱅 우주론의 관측 증거
우주에서 수소와 헬륨의 질량비
1. 먼 우주를 관찰하면 초기 우주에 존재하던 헬륨의 존재 비율을 추정
2. 관측 결과는 수소 74%, 헬륨 24%로 빅뱅 이론에서 예측한 헬륨의 존재 비율과 거의 일치
3. 우주에서 관측한 수소와 헬륨이 차지하는 질량비는 약 3:1로 빅뱅 이론에서 예측한 결과와 거의 일치
4. 수소와 헬륨이 우주 질량의 98% 가량을 차지하는 것으로 보아 원소들은 별 생성 이전의 생성된 것이다

<rowcolor=#ffffff,#ffffff> 빅뱅 우주론(예측)	관측 결과
빅뱅 약 3분 후, 양성자와 중성자의 개수비 = 7:1	우주에서 관측된 수소와 헬륨의 질량비 = 약 3:1
헬륨 원자 핵 생성 후 >> 수소 원자핵과 헬륨 원자핵의 질량비 = 12:4 >> 수소의 질량 : 헬륨의 질량 = 3:1	우주에서 관측된 수소와 헬륨의 질량비 = 약 3:1

우주 배경 복사는 빅뱅 38만 년 후, 우주의 온도가 약 3,000K일 때 중성 원자가 형성되면서 빛의 직진이 가능해져 투명하게 우주를 가득 채우면서 방출된 빛

1. 우주의 온도가 3,000K일 때 빛이 물질에서 빠져나오면서 생성
2. 우주 배경 복사 이후, 우주의 부피가 팽창하면서 온도가 낮아짐
3. 1964년 관측 결과 약 3K의 온도를 나타내는 파장이 관측되므로 우주의 온도가 낮아졌음을 알려줌
4. 빛이 우주 전체에 퍼져 있기 때문에 하늘의 모든 방향에서 같은 세기로 관측
5. 온도가 낮은 물체는 긴 파장의 빛을 방출, 우주 온도가 계속 낮아지므로 미래의 파장은 더 긴 값이 관측될 것

<rowcolor=#ffffff,#ffffff> 빅뱅 우주론(예측)	관측 결과
우주 탄생 초기에는 온도와 밀도가 매우 높아 빛의 직진 불가능	1964년 펜지어스와 윌슨이 우주 배경 복사를 관측
빅뱅으로 우주의 온도가 낮아지자 원자가 형성되면서 빛이 퍼짐	우주 배경 복사로 관측되는 전파는 약 3K인 물체가 방출하는 빛의 파장과 일치

1.1.2. 별의 탄생과 진화

1.1.2.1. 별의 진화

별의 탄생
(1) 별의 탄생 과정

중력으로 입자들이 모이고 회전하면서 원반 모양을 형성하여 중심부에서 별이 탄생

1. 별 : 핵융합 반응을 하여 스스로 빛을 내는 물체
2. 별의 탄생 : 성간 물질 내에서 밀도가 크고 온도가 낮은 성운에서 탄생
3. 별의 수명 : 별은 성운에서 시작해 오랜 시간 동안 진화를 거쳐 수명을 다함, 질량에 따라 별의 진화 과정과 수명은 달라짐

(2) 원시별

온도가 낮은 성운[16]이 중력 수축 >> 성운 중심부의 밀도 높아짐 >> 온도와 압력이 상승하여 원시별 형성

(3) 주계열성

원시별의 중력 수축 >> 온도와 압력이 계속 증가 >> 중심 온도가 1000K에 도달 >>
중력 수축 정지 >> 수소 핵융합 반응하는 주계열성 탄생

1. 주 계열성의 에너지원 : 수소 핵융합 에너지

4H >> He + 에너지

수소에서 헬륨으로 변하면서 줄어든 질량은 E=mc[2]의 관계를 따라 많은 양의 에너지로 방출
2. 우주에 수소가 가장 많기 때문에 별은 일생의 약 90%를 주계열성 상태로 보냄
3. 질량이 큰 별일수록 수소 핵융합 반응이 더 빨리 일어나 수소를 급격히 소모하므로 수명이 짧다

별의 진화
(1) 질량이 작은 별의 진화

질량이 태양 정도인 별은 적색 거성으로 진화

1. 적색거성 : 주계열성의 중심부에서 수소가 고갈 >> 핵융합 반응이 멈춤 >> 별의 바깥층이 팽창하고 표면 온도가 낮아짐
2. 백색왜성 : 적색 거성 단계에서 탄소의 핵이 형성 >> 뜨거운 바깥 부분이 빠져나감 >> 중심부가 수축해 만들어짐
3. 행성상 성운 : 적색 거성의 중심부엣 헬륨이 고갈 >> 핵융합 반응이 멈춤 >> 별의 바깥층이 계속 팽창하여 껍질이 기체의 형태로 남음
(2) 질량이 큰 별의 진화

질량이 태양보다 큰 별은 초거성으로 진화

1. 초거성 : 무거운 별의 중심부는 온도가 충분히 높기 때문에 탄소, 산소, 규소 등의 원소가 차례로 핵융합 반응을 일으킴 >> 철 생성
2. 초신성 : 핵융합이 끝나면 중력 수축이 일어남 >> 물질들이 중심핵과 충돌하면서 강력한 폭발이 일어남 >> 철보다 무거운 원소 생성
3. 블랙홀 : 질량이 태양보다 20 ~ 30배 이상 무거운 별은 중심핵이 남아서 빛조차도 빠져나오지 못하는 블랙홀이 됨
(3) 별들의 진화 단계

핵융합 반응과 초신성 폭발로 생성된 원소는 행성상 성운과 성간 물질을 이루면서 새로운 별과 행성을 만듬

1.1.2.2. 태양계 형성

태양계
(1) 태양계 형성 이론

태양계 성운 형성 > 원반 모양의 성운 형성 > 원시 태양 형성 > 고리와 미행성의 형성 > 원시 행성의 형성

1. 초신성 폭발로 인해 우리 은하의 나선팔에 있던 성운은 태양계 성운이 되었다
2. 태양계 성운은 중력에 의해 중심부 쪽으로 수축하며 회전하였고, 회전 속도가 빨라지면서 물질들이 바깥쪽으로 밀려나 원반 모양이 됨
3. 태양계 성운이 빠르게 회전하여 중력 수축하면서 원시 태양이 형성
4. 회전하는 납작한 원반으로 모여든 티끌과 얼음 등이 뭉쳐지면서 많은 미행성들이 형성
5. 미행성이 충동하고 뭉쳐지면서 원시 행성이 생성
6. 태양의 가까운 쪽에는 금속과 암석 성분의 행성이 형성
7. 태양의 먼 쪽에는 얼음과 가벼운 기체 성분의 행성이 형성

(2) 태양계의 구성

태양, 행성, 위성, 소행성, 왜소행성, 혜성, 유성, 가스, 먼지 등으로 구성

1. 태양 : 스스로 빛을 내는 항성으로 태양계 총 질량의 99.8% 이상을 차지
2. 행성 : 태양의 둘레를 공전하는 8개의 천체로 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천완성, 해왕성이 있다
3. 위성 : 행성의 둘레를 공전하는 천체, 달은 지구의 위성
4. 소행성 : 태양 둘레를 공전하는 작은 천체, 모양이 불규칙하며 화성과 목성 사이에 약 2,000여 개 이상을 발견했다
5. 혜성 : 큰 타원 또는 포물선 궤도를 그리며 태양 둘레를 공전하는 천체, 태양의 반대쪽으로 긴 꼬리를 만든다
6. 유성 : 혜썽의 일부 또는 소행성의 잔해가 지구 대기권으로 끌려 들어와 빛을 내며 타는 것

<rowcolor=#ffffff,#ffffff> 구분	이름	설명
태양의 내부	핵	고압, 고온, 고밀도의 기체 상태로 태양의 중심부이다
	복사층	핵에서 생성된 에너지 복사에 의해 외부로 전달되는 층
	대류층	광구의 아래층으로 대류에 의해 에너지가 표면(광구)으로 방출되는 층
태양의 표면	광구	가시광선이 방출되는 태양 표면으로 쌀알 무늬와 흑점이 관측
	쌀알 무늬	태양 내부의 대류 때문에 생긴다
	흑점	1. 태양 내부의 강한 자기장 때문에 뜨거운 기체가 올라오지 못하여 주위보다 온도가 낮아 검게 보인다 2. 흑점 수는 11년 주기로 증감한다 3. 흑점은 태양 표면에서 동 >> 서로 이동한다 (태양이 서 >> 동으로 자전하는 증거가 된다)
태양의 대기	채층	개기일식 때 달이 태양을 가리는 순간 붉게 보이는 얇은 층이다
	홍염	고온의 물질이 수십만 km 이르는 높은 상층까지 솟아오르는 현상이다
	플레어	1. 태양의 흑점 부근에서 일어나는 격렬한 폭발 현상이다 2.플레어에서 방출된 에너지 입자로 인해 지구의 통신 장애(델린저 형상), 극지방의 오로라 등이 발생한다
	코로나	1. 채층 바깥에 있는 밀도가 매우 낮은 대기층 2. 개기일식 때 청백색으로 보인다

지구형 행성과 목성형 행성
(1) 행성의 형성
1. 지구형 행성의 형성 : 태양계 성운의 안쪽은 온도가 높아서 가벼운 물질은 뭉쳐지지 못하고
무거운 물질이 뭉쳐져서 표면이 암석으로 이루어짐
2. 태양계 성운의 바깥쪽은 온도가 낮아서 가벼운 물질인 얼음과 메테인이 뭉쳐지고,
수소와 헬륨 등의 가벼운 기체 등을 끌어 당겨서 성장하면서 행성이 만들어짐
(2) 행성의 성분과 특징

<rowcolor=#ffffff,#ffffff> 구분	지구형 행성	목성형 행성
성분	1. 태양에서 가까워 수소와 헬륨이 멀리 날아감 2. 태양에서 가까워 녹는점이 높은 철이나 니켈과 암석의 미행성체 성장함	1. 태양에서 멀어서 수소와 헬륨이 풍부함 2. 메테인과 암모니아 성분 많음
크기	성운에서 미량이던 무거운 원소로 구성되어 크기와 질량이 작음	태양에서 흡수되지 못한 수소와 헬륨이 풍부해 크기와 질량이 큼
밀도	무거운 원소로 구성되어 밀도 큼	가벼운 원소로 구성되어 밀도 작음

(3) 지구형 행성과 목성형 행성 비교

<rowcolor=#ffffff,#ffffff> 분류	행성	자전주기	자전속도[18]	편평도	위성 수	고리	질량	평균 밀도	대기 성분
지구형 행성	수성, 금성, 지구, 화성	길다	느리다	작다	적다	없다	작다	크다	N투 O투
목성형 행성	목성, 토성, 천왕성, 해왕성	짧다	빠르다	크다	많다	있다	크다	작다	H투 He

1.1.3. 주기율표

1.1.3.1. 원소와 주기율표

원소

원소는 물질을 이루는 기본 성분, 원소가 결합하여 수많은 물질(화합물)을 만든다

1. 원소는 더 이상 다른 물질로 분해되지 않는다
2. 원소는 종류마다 성질이 다르며, 한 원소가 다른 원소로 바뀌지 않는다
3. 원소의 종류는 현재까지 110여 종이 알려져 있다
4. 원소는 대부분 자연에서 발견된 것들이며, 인공적으로 만들어진 것도 있다

<rowcolor=#ffffff,#ffffff> 구분	원소	화합물
정의	물질을 이루는 기본 성분이다	원소가 결합하여 생성된 물질이다
특징	더 이상 분해되지 않는다	각각의 원소로 분해된다
예	H(수소), O(산소)	H투(수소 기체), H투O(물)

주기율표

원소를 원자번호 순으로 나열할 때 화학적 성질이 비슷한 원소가 주기적으로 반복된다

(1) 주기
1. 주기율표의 가로줄을 의미하며 1주기~7주기가 있다
2. 같은 주기 원소는 전자 껍질 수가 같다.
(2) 족
1. 주기율표의 세로줄을 의미하며 1족~18족이 있다.
2. 같은 족 원소들은 화학적 성질이 비슷하다

1.1.3.2. 원소들의 주기성

원자의 구조

원자 = 원자핵(양성자+중성자) + 전자

(1) 원자핵
1. 원자 질량의 대부분을 차지한다
2. 원자핵은 양성자와 중성자가 강하게 결합하여 이루어진다
3. 양성자는 (+)전하를 띠고 중성자는 전하를 띠지 않는다.
(2) 전자
1. 전자는 (-)전하를 띠며, 매우 가볍다
2. 전자는 특정한 에너지를 갖는 여러 궤도상으로 운동한다
3. 전자는 원자핵 주위를 빠른 속도로 돈다.

전자 배치와 주기성
(1) 전자 껍질
1. 특정한 에너지 준위를 가진 원 모양 궤도로 원자핵 주위의 전자가 여러 궤도상으로 운동한다
2. 원자핵에서 가까울수록 전자 껍질[19]의 에너지 준위가 낮다
3. 원자핵에서 멀어질수록 전자 껍질의 에너지 준위가 높다
(2) 원자가 전자
1. 원자의 전자 배치에서 가장 바깥 전자 껍질에 있는 전자이다
2. 원자가 전자는 원자가 전자 껍질에 들어 있는 전자로 화학 반응에 관여하는 전자다
3. 원자가 전자 수가 같은 원소는 화학적 성질이 비슷하다
4. 주기율표의 같은 족 원소들은 원자가 전자 수가 같으므로 화학적 성질이 거의 비슷하다[20]
전자 배치 규칙
1. 원자에서 핵에 가장 가까이에 있는 전자 껍질부터 첫 번째 전자 껍질, 두 번째 전자 껍질, 세 번째 전자 껍질 등으로 부른다
2. 전자는 원자핵에서 가장 가까운 전자 껍질부터 차례로 채워진다
3. 첫 번째 전자 껍질에는 최대 2개의 전자가, 두 번째와 세 번째 전자 껍질에는 최대 8개의 전자가 채월질 수 있다

검정고시 시험에서는 수소, 헬륨, 탄소, 질소, 산소 등이 많이 나온다

원소들의 주기성 이유

원자번호가 증가함에 따라 원소의 화학적 성질을 결정하는 원자가 전자 수가 주기적으로 변하기 때문이다

1.1.3.3. 원소의 분류

금속 원소와 비금속 원소

<rowcolor=#ffffff,#ffffff> 구분	금속 원소	비금속 원소
주기율표 위치	왼쪽, 가운데	오른쪽(단, 수소는 왼쪽)
물질상태 실온	대부분 고체 (단, 수은은 액체)	대부분 기체, 고체 (단, 브로민은 액체)
특징	광택 있다	광택 없다
	열과 전기 전도성 있다	열과 전기 전도성 매우 작다 (단, 흑연은 제외)
	대부분 금속은 산과 반응하여 수소 기체를 발생한다	산과 반응하지 않는다
	힘을 가하여 넓게 펴지거나 가늘게 뽑힌다	고체에 힘을 가하면 부서진다
이온	전자를 잃고 양이온이 되기 쉽다	전자를 얻고 음이온이 되기 쉽다 (단, 18족 제외)

알칼리 금속

주기율표의 1족 원소 중에서 수소를 제외한 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐 등이다

(1) 알칼리 금속의 특징
1. 실온에서 고체로 존재하며, 은백색 광택을 띤다
2. 칼로 잘릴 정도로 무른 금속으로 밀도가 작다
3. 공기 중의 산소와 반응하여 광택을 잃는다
(2) 알칼리 금속의 반응성
1. 반응성이 매우 커서 산소, 물과 빠르게 반응한다
2. 물과 격렬하게 반응하여 수소 기체를 발생하고 생성된 수용액은 염기성을 띤다
페놀프탈렌인 용액을 떨어뜨리면 붉은색으로 변한다
3. 알칼리 금속의 반응성 크기 : 리튬 < 나트륨 < 칼륨

<rowcolor=#ffffff,#ffffff> 구분	리튬	나트륨	칼륨
물과 반응 (수소 기체 발생)	서서히 반응	빠르게 반응	격렬하게 반응

(3) 알칼리 금속의 이용
1. 리튬 : 휴대전화 전지
2. 나트륨 : 터널 조명
3. 칼륨 : 비료

할로젠 원소

주기율표의 17족 원소에 속하는 플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘 등이다

(1) 할로젠 원소의 특징
1. 할로젠은 비금속 원소로 홑원소 물질일 때에는 두 원자가 서로 결합하여 2원자 분자의 형태가 된다
2. 할로젠 원소는 대부분 반응성이 큰 원소여서 원자가 전자를 1개 갖고 있는 수소를 비롯한
1족 알칼리 금속 원소와 격렬하게 반응한다
3. 할로젠 원소들의 대부분은 독성이 강하므로 기체를 직접 흡입하거나 접촉하지 않도록 주의해야 한다
(2) 할로젠 원소의 반응성
1. 반응성이 매우 커서 금속, 수소와 잘 반응한다
2. 수소와 반응하여 생성된 할로젠의 수소 화합물은 물에 녹아 산성을 띤다
3. 할로젠 원소의 반응성 크기 : 플루오린 > 염소 > 브로민

<rowcolor=#ffffff,#ffffff> 구분	플루오린	염소	브로민
수소와 반응	HF (매우 빠름)	HCI (빠름)	HBr (반응 잘함)

할로젠 원소의 이용
1. 플루오린 : 충치 예방용 치약
2. 염소 : 수돗물 정수, 표백제
3. 아이오딘 : 상처 소독약

1.1.4. 화학 결합

1.1.4.1. 화학 결합의 이유

안정한 전자 배치
(1) 비활성 기체

주기율표의 18족 원소들로 헬륨, 네온, 아르곤 등이 있다

1. 반응성이 작고 화학적으로 안정하다
2. 다른 원소와 화학 결합을 하지 않고 원자 상태로 존재한다
(2) 비활성 기체의 전자 배치

주기율표의 18족 원소들은 가장 바깥 전자 껍질에 전자가 모두 채워져 있어서 원자가 전자들의 배치가 화학적으로 안정적임

화학 결합을 형성하는 이유
(1) 옥텟[21] 규칙

원소들이 기체와 같이 가장 바깥 껍질에 전자 8개를 채워서 안정한 전자 배치를 가지려는 경향이 있다

(2) 화학 결합에서 옥텟 규칙

원자들은 전자를 서로 주고받는 이온 결합을 하거나 전자를 공유하는 공유 결합을 할 때 옥텟 규칙을 만족시키는 안정한 전자 배치

1.1.4.2. 이온 결합

이온
(1) 이온의 형성

원자들은 전자를 잃거나 얻어서 비활성 기체와 같은 안정한 전자 배치를 이루려고 한다

1. 양이온 : 중성 원자가 가장 바깥 껍질의 원자가 전자를 잃어서 (+)전하를 띠는 양이온을 형성한다
2. 음이온 : 중성 원자가 가장 바깥 전자 껍질의 원자가 전자를 얻어서 (-) 전하를 띠는 음이온을 형성한다
(2) 이온의 표시
1. 양이온의 이온식 : 원소 기호의 오른쪽 위에 잃은 전자의 수와 전하의 종류를 표시한다
2. 음이온의 이온식 : 원소 기호의 오른쪽 위에 얻은 전자의 수와 전하의 종류를 표시한다

<rowcolor=#ffffff,#ffffff> 이온 이름	이온식	이온 이름	이온식
수소 이온	H+	플루오린화 이온	F-
리튬 이온	Li+	브로민화 이온	Br-
마그네슘 이온	Mg투+	산화 이온	O투-
나트륨 이온	Na+	아이오딘화 이온	I-
알루미늄 이온	AI쓰리+	염화 이온	CI-
칼슘 이온	Ca투+	황화 이온	S투-
암모늄 이온	NH뽀+	질산 이온	NO쓰리-
탄산 이온	CO쓰리 투-	황산 이온	SO뽀 투-

이온 결합
(1) 이온 결합의 형성

금속 원소는 전자를 잃어 양이온이 되고 비금속 원소는 전자를 얻어 음이온이 되면서 정전기적 인력에 의한 결합이 이루어짐

(2) 이온 결합의 특징
1. 금속 원소 양이온과 비금속 원소 음이온의 결합이다.
2. 양이온과 음이온이 결합하면서 비활성 기체와 같은 안정한 전자 배치를 이룬다.
3. 양이온과 음이온이 규칙적으로 배열된다.
(3) 이온 결합 물질의 화학식

이온 결합 물질은 분자로 존재하지 않아 화학식으로 나타낸다

1. 양이온은 왼쪽에, 음이온은 오른쪽에 쓴다
2. 이온이 결합하여 물질이 될 때 이오느이 전하 표시는 빼고, 개수비의 숫자 1은 생략한다
3. 이온 결합 물질은 중성이 되어야 하므로 양이온과 음이온의 전체 전하량의 햡은 0이다

<rowcolor=#ffffff,#ffffff> 양이온	음이온	화학식	이름
Na+	CI-	NaCI	염화 나트륨
Ca투+	CO쓰리 투-	CaCO쓰리	탄산 칼슘
Mg투+	CI-	MgCI투	염화 마그네슘

1.1.4.3. 공유 결합

공유 결합과 분자
(1) 공유 결합
1. 비금속 원소의 원자들이 각각 전자를 내놓아 전자쌍을 만들고 이 전자쌍을 서로 공유함으로써 형성되는 결합
2. 원자의 가장 바깥쪽 전자 껍질에 전자 8개가 배치될 때 안정하므로 이를 만족하도록 전자를 공유한다
(2) 분자
1. 물질의 고유한 성질을 나타내는 가장 작은 입자
2. 일반적으로 2개 이상의 원자가 결합하여 분자를 이룬다[22]
3. 공유 결합으로 생성된 물질은 일정한 수의 원자가 결합하여 생성된 분자이다.

공유 결합 모형
(1) 수소 분자의 단일 결합

수소 원자는 원자가 전자 수가 1이기 때문에 수소 원자가 결합하여 수소 분자를 이룰 때,
서로 전자를 1개씩 내놓아 전자쌍 1개를 공유하는 결합

(2) 산소 분자의 2중 결합

산소 원자는 원자가 전자 수가 6이기 때문에 산소 원자 2개가 결합하여 산소 분자를 이룰 때,
각각 전자를 2개씩 내놓아 전자쌍 2개를 공유하는 결합

(3) 질소 분자의 3중 결합

질소 원자는 원자가 전자 수가 5이기 때문에 질소 원자 2개가 결합하여 질소 분자를 이룰 때,
각각 전자를 3개씩 내놓아 전자쌍 3개를 공유하는 결합

(4) 물분자의 형성

물분자는 산소 원자 1개와 수소 원자 2개로 구성되며,
산소 원자와 수소 원자가 각각 전자를 내놓아 전자쌍 2개를 공유한다

<rowcolor=#ffffff,#ffffff> 이름	화학식	이름	화학식
수소	H투	암모니아	NH쓰리
산소	O투	메테인	CH뽀
질소	N투	물	H투O
이산화 탄소	CO투	과산화 수소	H투O투

1.1.5. 화학 결합의 성질

1.1.5.1. 이온 결합 물질

이온 결합 물질의 성질
(1) 녹는점과 끓는점
1. 이온 결합 물질은 녹는점과 끓는점이 비교적 높다
2. 녹는점이 높아 실온에서 고체 상태이다
3. 양이온과 음이온 사이의 정전기적 인력[23]에 의해 강하게 결합하고 있기 때문에 녹는점이 높다
(2) 물에 대한 용해성
1. 대부분의 이온 결합 물질은 물에 잘 녹는다.
2. 이온 결합 물질이 물에 녹으면 양이온과 음이온으로 수화[24]되어 존재한다.
(3) 쪼개짐과 부스러짐

힘을 가하면 이온층이 밀리면서 같은 전하를 띤 이온들이 만나게 되어 반박력이 작용하므로 쉽게 쪼개지거나 부스러진다

(4) 전기 전도성
1. 고체 : 양이온과 음이온들이 강하게 결합하고 있어서 자유롭게 이동할 수 없으므로 전기 전동성이 없다.
2, 액체와 수용액 : 용액 속에서 양이온과 음이온으로 나눠지며 이온들이 물속에서 자유롭게 이동할 수 있으므로 전기 전동성을 갖는다.

<rowcolor=#ffffff,#ffffff> 염화 나트륨	전기 전도성
고체 상태	없다
용융[25][26]시킨 액체 상태	있다
수용액 상태	있다

이온 결합 물질의 이용

<rowcolor=#ffffff,#ffffff> 물질	화학식	이용
탄산 칼슘	CaCO쓰리	조개껍데기의 주성분
수산화 나트륨	NaOH	비누, 세제
염화 칼슘	CaCI투	습기 제거제, 제설제
탄산 수소 나트륨	NaHCO쓰리	베이킹파우더의 주성분

1.1.5.2. 공유 결합 물질

공유 결합 물질의 성질
(1) 녹는점과 끓는점
1. 공유 결합 물질은 녹는점과 끓는점이 비교적 낮다
2. 녹는점과 끓는점이 낮아 실온에서 대부분 액체나 기체 상태이다
3. 공유 결합으로 형성된 물질은 분자로 존재한다 >> 분자 사이의 인력이 약하기 때문이다.
(2) 물에 대한 용해성
1. 물에 잘 녹는 물질 : 설탕, 포도당, 염화 수소 등
2. 물에 잘 녹지 않는 물질 : 질소, 산소, 메테인 등
(3) 전기 전도성
1. 고체 : 이온으로 나누어지지 않으며 전자도 이동할 수 없기 때문에 전기 전도성이 없다
2. 액체와 수용액 : 일부 물에 녹아 이온화하는 물질을 제외하고는 전기 전도성이 없다

예외	염화 수소, 암모니아, 아세트산 등은 물에 녹아 이온으로 나누어지므로 수용액에서 전류가 흐른다

공유 결합 물질의 이용

<rowcolor=#ffffff,#ffffff> 물질	이용
에탄올	소독용 알코올
설탕	단 맛의 감미료
뷰테인	휴대용 가스레인지
아스피린	진통, 해열제

1.2. 자연의 구성 물질

1.2.1. 지각과 생명체의 구성 물질

1.2.2. 생명체 구성 물질의 다양성

1.2.3. 신소재

2. 시스템과 상호 작용

2.1. 역학적 시스템

2.1.1. 역학적 시스템과 중력

2.1.2. 운동과 충돌

2.2. 지구 시스템

2.2.1. 지구 시스템과 상호 작용

2.2.2. 지권의 변화

2.3. 생명 시스템

2.3.1. 세포의 구조와 특징

2.3.2. 물질 대사와 효소

2.3.3. 유전 정보의 흐름

3. 변화와 다양성

3.1. 화학 변화

3.1.1. 산화 환원 반응

3.1.2. 산과 염기 및 중화 반응

3.2. 생물 다양성

3.2.1. 지질 시대의 생물

3.2.2. 생물의 진화

3.2.3. 생물 다양성과 보전

4. 환경과 에너지

4.1. 생태계와 환경

4.1.1. 생물과 환경

4.1.2. 생태계

4.1.3. 지구 환경 변화

4.1.4. 에너지 전화과 이용

4.2. 발전과 신재생 에너지

4.2.1. 전기 에너지의 생산과 수송

4.2.2. 태양 에너지의 생성과 전환

4.2.3. 지구 환경과 발전 방식

4.2.4. 미래를 위한 기술

[1] 빛을 분산시켜 눈으로 스펙트럼을 관찰하고 분석할 수 있도록 만든 장치 [2] 빛을 방출시키거나 흡수하는 물질의 구조와 성분을 파악하는데도 이용 [3] 종류 : 프리즘 분광기, 간섭 분광기, 적외선 분광기 등이 있다 [4] 기체 [5] 기체를 전극 사이에 넣어 방전이 일어나게 하는 전자관 [6] 광선을 굴절ㆍ분산시킬 때 쓰는, 유리나 수정 따위로 된 다면체의 광학 부품 [7] 원자 내에서 전자가 가질 수 있는 에너지 값의 수준 [8] 수소 원자의 에너지 상태는 불연속인 양의 에너지를 방출하거나 흡수하면서
어떤 배열상태로 다른 배열상태로 바뀔수 있음 [9] 허블의 발견 : 1929년 외부 은하들의 스펙트럼에서 공통으로 적색편이 나타난다는 관측을 함
외부 은하로부터 빠른 속도로 후퇴하고, 후퇴 속도는 외부 은하까지의 거리에 비례한다는 사실을 발견 [10] 소리나 빛을 내는 물체가 관측자에게 멀어지거나 다가올 때, 파장이 실제 파장보다 길거나 짧게 관측되는 형상 [11] 우주 팽창으로 인해 지구에서 멀어지고 있는 은하의 속도 [12] 은하의 거리가 1Mpc(= 326만 광년)멀어질 때 은하의 후퇴 속도가 몇 km/s 증가하는지를 나타내는 값이다 [13] 스펙트럼에서 흡수선의 위치가 원래 위치보다 파장이 긴 붉은색 쪽으로 치우치는 현상 [14] 주어진 시간에 같은 모양이 반복되는 최소 길이 [15] 가모프가 주장한 우주론의 입장 [16] 주위보다 밀도가 높은 성간 물질[27]이 자체 중력에 의해 덩어리를 형성하여 구름처럼 보이는 것 [2] [18] 스태프롤에 연출만 표기되었을 경우는 콘티도 같이 담당한 것으로 간주한다. [19] 전자는 원자핵 주위의 특정한 에너지 준위의 궤도에서만 원운동을 하는데 이 궤도 [20] 예외로 수소는 1족의 다른 원소와 달리 화학적 성질이 다르다 [21] 숫자 8을 의미하는 옥타에서 유래된 말 [22] 단, 비활성 기체는 1원자 1개의 원소로 이루어진 일원자 분자이다 [23] 이온의 전하량이 클수록, 이온 사이의 거리가 짧을수록 크다 [24] 수용액에서 용질 입자가 물 분자에 의해 둘러싸여 행동하는 현상 [25] 고체가 열에 의해 액체로 변하는 현상 [26] 순수한 결정성 고체에서 용융은 특정 온도에서 일어나는데 이 온도를 녹는점이라 한다