[나는야 논술 짱]주고받는 물질의 세계

중도일보-대전광역시교육청 공동기획 고교논술

※ 다음 제시문을 읽고 아래의 논제에 답하시오.

논제 1 제시문 (가)와 (나)에서 공통으로 말하는 것은 무엇이고, (나)에서 철수가 동생인 영희에게 자신의 의견이 옳다는 것을 증명할 수 있는 방법을 서술하시오.(1500자 내외)

논제 2 제시문 (다)와 (라)를 통하여 전해질 음료가 어떻게 항공기 일반석 증후군을 예방할 수 있는지 자신의 의견을 서술하시오.(1000자 내외)

논제 3 제시문 (바)의 경남 합천에 있는 해인사 장경각에서 숯과 소금이 어떠한 역할을 했는지 (가)～(마)를 참조하여 논리적으로 서술하시오.(1500자 내외)


(가) 다음은 어느 가족이 병원에서 검사를 받고 난 후의 대화이다.

출처 : 대전교육포털 교과학습지원센터
우리 몸은 철분을 스스로 만들 수 없기 때문에 음식물에서 섭취한다. 철분이 많이 들어 있는 음식물은 달걀노른자, 육류나 어패류, 녹색 채소 등이다. 철분은 이런 식품에 어떤 형태로 들어 있을까?

(나) 다음은 철수가 전자 제품의 설명서에서 젖은 손으로 전원플러그를 꽂지 말라는 주의사항을 읽고, 동생인 영희와 그 이유에 대하여 나눈 대화이다.

영희 : 물도 구리 전선처럼 전류가 흐를 수 있는 물질인 것 같아.
철수 : 글쎄 물이 아니라 물에 녹아 있는 다른 물질 때문이 아닐까?
영희 : 그러면 어느 물질이라도 물에 녹기만 하면 전류가 흐를 수 있다고?
철수 : 물에 녹는 물질 중에도 전류를 흐르게 하는 것과 그렇지 않은 것이 정해져 있는 것이 아닐까?
영희 : 글쎄, 설명서의 주의 사항에 ‘젖은 손`이라고만 적혀 있는 것으로 보아 물이 전류를 흐르게 하는 것 같아.

(다) 땀의 조상은 바닷물이다.
원래 우리 혈액의 조상은 바닷물이다. 지구 최초의 생물인 단세포 생물의 체액은 바닷물이 체내에 들어가서 생긴 것인데, 이러한 단세포 생물의 체액이 다세포 생물의 혈액으로 진화되었다, 따라서 인간의 혈액도 바닷물의 성분과 비슷한 성분으로 이루어져 있다. 즉 혈액은 나트륨이온(), 칼륨이온(), 마그네슘이온(), 염화이온()등으로 이루어져 있다. 이온 음료는 심한 운동으로 빠져 나간 나트륨 이온(), 칼슘이온(), 칼륨이온(), 마그네슘이온(), 염화이온() 등을 보충해 주기 때문에 갈증이 쉽게 해소된다.

땀을 많이 흘리는 여름철에는 일부러 소금을 먹기도 하는데 그 이유는 소금은 바닷물로부터 얻은 물질이므로 소금의 성분은 바닷물과 거의 비슷하다. 따라서 소금을 먹으면 혈액속의 부족한 이온을 보충할 수 있다.

■인체와 원소

(라) 이온음료 알고 마시자
격렬한 운동을 하고 난 뒤 갈증을 느끼는 것은 땀으로 배출된 양만큼 부족해진 수분을 빨리 보충하라는 신체의 메시지이다. 사람의 몸은 상당 부분이 물로 이뤄져 있다. 성인은 체중의 60%, 어린 아기의 경우 80%가 수분. 수분은 신진대사의 필수요소여서 모자라면 몸은 바로 갈증을 일으켜 물을 마시게끔 만든다.

성인의 예를 들면 1시간의 조깅에 1500㎖, 사무실 근무 8시간에 480㎖, 쇼핑 1시간에 300㎖, 청소,30분에 150㎖ 등 하루 평균 2500㎖에 달하는 수분을 땀의 형태로 몸 밖으로 배출하고 역시 같은 양의 물을 마셔야한다.

그러나 땀으로 빠져나가는 것은 단순히 물()만이 아니다. 칼슘, 나트륨, 염소, 마그네슘 등 여러 가지 다양한 신체조절 기능을 수행하는 전해질이 함께 빠져 나간다. 전해질이 부족하면 체액이 산성화되어 근육에 경련이 일어나고 심장박동이 불규칙해져 운동능력이 떨어진다.

이른바 이온음료는 바로 이점에 착안한 전해질 음료이다. 격렬한 운동으로 다량의 땀을 흘린 경우 물을 마시는 것보다 이온음료가 신체의 생리 균형을 보다 빨리 회복시킨다는 것이다. 이온음료는 당초 미국 플로리다대학에서 축구선수들을 위해 처음 개발됐고, 곧이어 영국에서 기록 향상을 위해 마라토너들에게 공급했다. 여기에서 효과가 입증되자 음료회사에서 대량생산을 시작, 지금은 운동선수들뿐 아니라 일반인들도 많이 마시는 대중 음료가 됐다.

요즘의 이온음료는 전해질의 내용과 함유량이 체액과 거의 같다. 따라서 장에서 흡수되는 속도가 물보다 3배 가까이 빨라 운동 후 물을 마실 경우 나타나는 흡수지연에 따른 복통이 없어 철인경기 마라톤 등에서는 매우 유용하게 사용된다.

또 피로해지면 체액이 산성화되는 것을 감안해 정상적인 체액 산도(pH 7.4)를 유지시키는 기능을 첨가하기도 했다.

이코노미클래스 좌석 모습(마) 최근에 문제가 되고 있는 항공기 일반석 증후군(이코노미클래스증후군)은 비좁은 비행기 좌석에서 움직이지 않고 오랫동안 앉아 있는 경우에 다리 정맥에 혈전이 생겨서 다리나 폐에서 혈구의 흐름이 방해를 받아 호흡 곤란 등의 증세가 나타나는 현상이다. 그런데 전해질 음료가 이러한 일반석 증후군 예방 효과를 나타낸다는 사실이 발표되어 주목을 끌고 있다. 그동안 일반석 증후군을 피하기 위해 비행시간 동안 물을 많이 마시고 다리 운동을 하라고 권장 되어 왔다.

(바) “옛말 하나도 틀린 게 없다”는 말이 있다. 이 말은 선조들의 생활 속 지혜를 깨닫는 현대인들의 감탄사다. 근래 들어 옛말의 과학적 가치가 밝혀지면서 전통과학의 진가가 인정받게 돼 매우 다행스럽다.

우리 선조들의 지혜가 담겨 있는 것 중의 하나가 바로 숯이다. 숯이라고 하면 흔히 고기를 구워먹는 연료 정도로만 생각할 수 있으나, 우리 조상들은 음식은 물론 생활 전반에 걸쳐 ‘숯의 혜택`을 누렸고, 심지어는 숯의 약리 작용까지 터득한 지혜를 발휘했다.

화학을 이루는 분야 중에서 유기화학이라는 것이 있다. 이는 주기율표에서 원자번호 6에 해당하는 탄소를 중심으로 하는 화학이다. 오늘날 많이 발전한 분야지만, 알게 모르게 예전부터 이를 이용한 사례는 쉽게 볼 수 있다.

‘경남 합천에 있는 해인사에는 국보로 지정된 팔만대장경이 보관돼 있다. 경판이 보관돼 있는 장경각은 목판 보관에 필요한 온도, 습도, 통기 등의 균형이 이상적으로 조절돼 있다. 현대 건축기술로도 따라잡기 힘들만큼 정밀하게 만들어져 있어 불가사의한 건축물로도 손꼽힌다.

한번은 문화재 보호의 일환으로 장경각에 있는 경판을 현대식 건물에 옮겨 보관한 일이 있었는데, 온도와 습도를 조절하는 항온항습기를 설치했음에도 불구하고 경판이 틀어지고 훼손됐다. 그래서 하는 수 없이 다시 제자리로 옮겨 보관하고 있다고 한다. 장경각의 지하에서는 다량의 숯과 소금이 발견됐다고 한다.

[출제방향 및 의도]
과학은 자연 현상에 대한 호기심과 의문을 해결해 나가는 과정으로 사고력과 창의적인 문제 해결력이 많이 요구되므로 다양한 생각의 폭을 넓혀가는 확산적 사고를 함양하는 데 초점을 두고 출제하였다.

논제1은 제시문(가)와 (나)의 공통적 요소(이온의 효과)를 찾아 생각의 폭을 넓히도록 유도하고, (나)에서 철수가 동생인 영희에게 자신의 의견이 옳다는 것을 증명할 것을 요구함으로써 확산적 사고를 함양하는 데 초점을 두고 출제하였다.

논제2는 제시문을 이용하여 전해질 음료가 어떻게 항공기 일반석 증후군을 예방할 수 있는지를 논리적으로 추론할 것을 요구하는 문제이다.

논제3은 주기율표상의 6번에 해당하는 탄소의 효용을 문화 속에서 연관 지어 이해할 수 있는가를 기술하도록 하였다. 추상적으로 다뤘던 과학을 실제로 관찰할 수 있는 풍부한 예를 이용해, 그 예들이 어떤 과학적 배경을 갖고 있는지를 살펴볼 수 있게 함으로써 문화와 과학적 현상을 토대로 다양한 사고와 이를 논리적으로 풀어내는 능력을 측정하는데 그 목적을 두고 출제하였다.

[학생답안] 충남고 2학년 유진명, 김경원

(논제 1)

▲ 유진명 충남고 2학년

물질은 크게 물에 녹는 것과 녹지 않는 것으로 분류할 수 있다. 이것을 극성에 의한 분류라 할 수 있겠다. 또 물에 녹는 물질은 다시 분자 상태로 녹는지 이온 상태로 녹는지에 따라 분류가 가능한데 이것은 전기전도도에 의한 분류라 할 수 있다.

(가)에 제시된 철가루는 입자가 매우 무겁고 크며 분자 개념의 물질이 아니기 때문에 극성의 성질이 없어 물에 녹지 않고 인체에 흡수 되지도 않는다. 이 때 철가루는 물에 녹지 않는 물질에 해당한다. 따라서 철수가 철가루를 탄 물을 마시더라도 부족한 철분을 보충할 수가 없다. 식품 속에는 단백질이 항상 들어 있기 마련인데 단백질 중에서도 복합 단백질의 종류 중에 ‘헴(heme)`이라는 철분(육류에 포함되어 있는 철)을 포함하고 있는 단백질이 있다. 이 ‘헴`이라는 물질은 중심에 철 원자가 하나 들어 있는 물질인데 우리는 이렇게 식품 속에 함유 되어있는 ‘헴`을 통해서만 철분을 섭취할 수 있다.

일반적으로 물에는 보통 전기가 흐르는 것으로 알려져 있다. 하지만 순수한 물만으로는 전기가 흐르지 않으며 물속에 무언가가 녹아 있어야만 전기가 흐를 수 있다. 그러나 물에 어떤 물질이 녹았다고 해서 무조건 전기가 흐르는 것은 아니다. 분자 상태로 녹는 물질은 물에 녹여도 전기가 흐르지 않으며 오직 이온 상태로 녹는 물질만이 전기전도도에 관여한다.

이는 간단한 실험을 통하여 알아낼 수 있다. 증류수 A, B, C를 준비하여 A에는 아무 것도 넣지 않고, B에는 설탕(분자 상태로 녹는 물질), C에는 소금(이온 상태로 녹는 물질)을 충분히 녹여 전류 측정 실험을 해보면 C에서만 전기가 흐른다는 것을 알 수 있다. C의 소금이 염화 이온과 나트륨이온으로 녹아 전류를 흐르게 한 것이다.

(논제 2)
항공기 일반석 증후군은 비행기의 좁은 공간에서 장시간 움직이지 않을 때 나타나는 증상으로, 비행기 내부의 산소 농도 감소로 인한 혈중 산소 농도 감소, 수분 손실로 인한 혈액 속 혈전 발생 등의 증상들을 일컫는다. 직접적인 원인은 혈전이 생성되는 것이기 때문에 이를 예방하려면 혈전이 생성되는 것을 예방해야한다. 혈전은 혈관의 어느 부분에서나 생길 수 있는 것이지만 장시간 몸을 움직이지 않을 경우, 혈류 속도가 느리고 혈압이 낮은 정맥에서 생기기 쉽다. 즉, 혈액이 응고되기 쉬워진다는 것이다.

항공기 일반석 증후군의 예방법으로 혈액 속의 수분을 보충해 주기 위하여 물을 많이 마실 것과 혈액이 원활하게 순환하도록 자주 움직일 것을 권장하고 있다. 그런데 이온 음료를 마실 경우, 이온음료는 우리 몸을 구성하고 있는 체액과 성분이 비슷하기 때문에 물을 마실 때보다 수분의 흡수가 3배 정도 빠르다고 한다.

또한 이온 음료는 인체의 신진대사에 관여하는 전해질이 풍부하게 들어 있으므로 수분이 흡수될 때 전해질도 함께 보충이 가능하다. 우리 몸은 혈액 속의 전해질 농도를 일정하게 유지하려는 성질을 가지고 있기 때문에 이렇게 흡수된 전해질과 수분은 혈액 속으로 들어가서 혈액이 응고되는 것을 방지하고 혈전을 희석시키는 역할을 하게 된다.

(논제 3)

▲ 김경원 충남고 2학년

팔만 대장경판은 나무로 만들어졌기 때문에 오래 보존하기 위해 여러 가지 다양한 방법을 연구했을 것이다. 맑은 날에는 보관의 어려움이 적지만, 날이 흐리거나 비가 오는 등 습도가 높아지는 날에는 팔만 대장경판의 훼손이 우려되었는데 이때 숯과 소금이 큰 도움이 되었다고 한다.

숯은 무수한 구멍이 나있는 다공성 물질이기 때문에 수분을 저장하고 공급하는 효능이 커 장경각의 수분 조절을 하기에 적합하다. 또한 숯의 환원성도 팔만대장경 보관에 큰 역할을 차지한다. 숯이 세균, 악취를 잘 빨아들이거나 해독작용을 하는 이유도 바로 이 구멍이 존재하기 때문이다. 이 구멍 속으로 물질이 들어가기 때문에 높은 흡착력을 갖는 것이다.

공기 중의 습도가 높아지게 되면 대기 중의 오염 물질들이 수증기 속에 용해되기 쉬워진다. 또 전자가 6개인 탄소로 구성돼 있지만, 다이아몬드처럼 강한 공유결합이 아닌 흑연과 같이 전자가 자유롭게 돌아다닐 수 있는 구조다. 따라서 자장을 형성해 음이온 상태로 있을 수 있기에 물질의 부패현상(산화작용)을 억제할 수 있다. 이렇게 오염 물질이 녹은 수증기는 숯에 흡착되어 팔만 대장경판의 직접적인 훼손을 막아주었다.

소금은 건물 기초의 물 빠짐을 좋게 해주고 숯의 수분 조절 기능을 도와주는 역할을 한다. 또 소금은 살균 효능이 있기 때문에 해충이 생기는 것을 방지해주고, 습기가 많을 때 수분을 흡수하며, 건조할 때 수분을 증발시켜 장경각의 내부 습도를 항상 일정하게 유지시키는 역할을 했다. 이러한 숯과 소금의 특성은 습기 찬 장마철에도 팔만대장경 판이 거뜬히 버틸 수 있도록 하였는데, 이것은 제시문(다)와 (라)에서 말하고 있는 전해질이 신체조절기능과 항상성 유지에 관여하는 것과 같은 원리로 볼 수 있다.

[교사강평]
충남고등학교 화학교사 임동순
과학논술의 시작은 다양한 사고로부터!!!

▲ 임동순 충남고등학교 화학교사

과학은 자연 현상에 대한 호기심을 바탕으로 의문을 해결해 나가는 과정으로, 사고력과 창의적인 문제 해결력이 많이 요구되는데 이러한 사회의 요구를 과학논술의 답안에서도 적극적으로 반영하여 표현해야 좋은 논술이 될 것이다. 주어진 제시문을 통해 내용을 파악하고 주제를 찾는다 하여도 다양한 사고를 통해 공통적 문제의식에 접근할 수 없다면 창의적인 글의 전개가 어려울 것이다. 아울러 이와 함께 심층적 분석력을 바탕으로 한 독창적인 해결 방법의 제시가 좋은 답안의 필수 조건일 것이다.

위 두 학생은 전체적으로 문제에 접근하여 풀어내는 사고능력이 우수하다. 우선 논제1에서 ‘헴`이라는 성분을 바탕으로 자신의 의견을 제시한 점은 무척 우수하다 할 수 있으며, 실험을 통하여 문제를 해결하려는 능력과 창의적 사고로 무리 없이 접근하여 내용을 전개하는 것으로 보아 논술에 대한 준비와 실력이 상당 부분 갖추어진 학생이라 할 수 있다. 그러나 주어진 논제에 대한 다양한 사고를 통한 발산적 사고 능력에 대한 보완이 필요하다.

논제2에서 항공기 일반석 증후군에 여러 방면으로 접근하여 해결책을 찾아가는 과정을 명료하게 기술하면 보다 더 좋은 논술이 될 수 있을 것이다. 논제3에서는 과학 교과에서 중점적으로 다루고 있는 기본 개념과 원리를 이해하고 잘 살려서 실생활에 이를 응용한 사례를 잘 표현하고 과학적 배경지식을 좀 더 보완한다면 학생의 답안이 보다 풍성해 질 것이라 생각된다.