01 그림은 원자를 구성하는 입자 사이에 작용하는 힘의 종류를 나타낸 것이다.

Ⅱ. 개성 있는 원소 / 1. 원자의 구조

07. 원소의 기원

소단원 문제

(가)~(다)와 관계있는 것을 <보기>에서 골라 기호를 쓰시오.

	<보 기>
ㄱ. 강한 핵력 ㄴ. 전기적 인력 ㄷ. 전기적 반발력

(1) (가)····················································(     )

(2) (나)····················································(     )

(3) (다)····················································(     )

02 원자 내에 작용하는 힘에 대한 설명으로 옳은 것은 O, 옳지 않은 것은 X로 표시하시오.

(1) 전기적 인력은 원자핵을 이루는 양성자와 중성자가 서로 흩어지지 않고 안정적으로 뭉쳐 있을 수 있도록 하는 힘이다.·············································(     )

(2) 원자핵에서 중성자는 원자핵을 안정화시키려는 역할을 한다.···················································(     )

(3) 원자핵과 전자 사이에는 전기적 반발력이 작용한다.

·························································(     )

03 원소의 생성 과정에 대한 설명으로 옳은 것은 O, 옳지 않은 것은 X로 표시하시오.

(1) 우주의 온도가 낮아지면서 양성자와 중성자의 결합으       로 쿼크가 생성되었다. ··························(     )

(2) 빅뱅으로부터 우주가 시작되고, 기본 입자인 중수소

원자핵과 헬륨 원자핵부터 생성되었다. ········(     )

(3) 양성자는 업 쿼크 2개와 다운 쿼크 1개로 구성되어

있다. ·················································(     )

04 다음은 원소의 기원과 생성 과정에 대한 설명이다. (   )안에 알맞은 말이나 수를 쓰시오.

(1) 빅뱅 이후 양성자와 중성자를 이루는 기본 입자인 쿼크와 (     )이/가 생성되었다.

(2) 우주의 온도가 낮아지면서 양성자와 중성자가 생성되었는데, 이는 각각 (     )개의 쿼크가 모여 형성되었다.

(3) 우주의 온도가 약 수백만℃로 낮아지면서 양성자와 중성자가 결합하여 중수소 원자핵과 (     )원자 핵이 만들어졌다.

05 그림은 헬륨 원자핵이 생성되는 과정을 모형으로 나타낸 것이다.

각 원자핵에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 21H와 31H의 전하량은 같다.

② 21H의 중성자수는 1개이다.

③ 32He의 양성자수는 2개이다.

④ 31H와 32He의 중성자수는 같다.

⑤ 42He의 양성자수는 31H의 2배이다.

06 그림은 원자의 구성 입자를 발견하게 된 실험을 나타낸 것이다.

빅뱅 이후 우주가 식어가면서 중력의 영향으로 수소와

헬륨 원자들이 모이고 뭉쳐서 별이 탄생하며, 이 과정

에서 에너지가 방출된다. 이때 별의 내부에서 (가) 수

소나 헬륨보다 무거운 원소들이 생성된다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. (가)에는 탄소 원자핵이 포함된다. ㄴ. 별이 내는 빛은 핵융합 반응에서 방출되는 에너지이다. ㄷ. 무거운 원소가 생성될 때 원자핵의 전하량은 증가한다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

07 다음은 별의 내부에서 헬륨을 핵융합의 원료로 하여 탄소, 산소의 원자핵이 생성되는 반응식을 나타낸 것이다.

(가) 3[eqn: pile{4#2}]He → [eqn: pile{12#6}]C

(나) [eqn: pile{12#6}]C +[eqn: pile{4#2}]He → [eqn: pile{16#8}]O

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. (가)보다 (나)에서 더 무거운 원자핵이 생성된다. ㄴ. (가)와 (나)의 헬륨 원자핵은 수소 원자핵으로부터 생 성된다. ㄷ. 핵융합 반응에 의해 별의 내부에서 생성될 수 있는 가장 무거운 원소는 산소(O)이다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

08 그림은 빅뱅 우주에서 헬륨 원자핵이 생성되는 과정을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. (가)와 (나)는 동위 원소의 원자핵이다. ㄴ. (나)와 (다)는 질량수가 같다. ㄷ. (다)는 중수소 원자핵이다.

① ㄱ	② ㄴ	③ ㄱ, ㄷ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

서술형 문제

09 다음은 빅뱅 우주로부터 시작된 원자의 생성과 관련된 현상을 순서 없이 나열한 것이다.

(가) 헬륨 원자핵 생성

(나) 쿼크와 전자 생성

(다) 수소 원자 생성

(라) 탄소, 질소, 산소 원자핵 생성

(마) 양성자와 중성자 생성

(1) 별의 내부에서 일어나는 원소의 생성 단계를 순서대로 쓰시오.

(2) 가장 마지막 단계를 쓰고, 그렇게 판단한 이유를 서술하시오.

10 다음은 별의 내부에서 일어나는 핵융합 반응식을 나타낸 것이다.

• 반응 Ⅰ: 2[eqn: pile{2#1}]H → (가)

• 반응 Ⅱ: 3(가) → (나)

• 반응 Ⅲ: (가)+(나) → [eqn: pile{16#8}]O

(1) 반응 Ⅰ과 Ⅱ에서 원자핵 (가)와 (나)는 각각 무엇에 해당하는지 쓰시오.

(2) 반응 Ⅲ의 핵융합 반응에 의해 [eqn: pile{16#8}]O가 생성되는 과정에서 반응 전과 후의 양성자수와 질량수의 변화는 어떻게 나타는지 서술하시오.

정답과 해설

01 (1)ㄴ (2)ㄷ (3)ㄱ 02 (1)X (2)O (3)X  03 (1)X (2)X (3)O

04 (1)전자 (2)3 (3)헬륨 05 ④   06 ⑤  07 ③ 08 ②

09 (1)(나)-(마)-(가)-(다)-(라) (2)해설 참조 10 (1)(가)[eqn: pile{4#2}]He, (나)[eqn: pile{12#6}]C (2) 해설 참조

01

(가)는 반대 전하를 띤 원자핵과 전자 사이의 인력에 해당

하고, (나)는 같은 전하를 띤 전자들 사이의 반발력에 해

당하며, (다)는 양성자와 중성자 사이에 작용하는 강한 핵

력에 해당한다.

02

(1) 원자 내 전기적 인력은 원자핵과 전자 사이에 작용하

는 힘을 의미하며, 원자핵을 이루는 양성자와 중성자가 서

로 흩어지지 않고 안정적으로 뭉쳐 있을 수 있도록 하는

힘은 강한 핵력이다.

(2) 원자핵에서 중성자는 전하를 띠지 않아 전기적 반발력

은 없으면서 강한 핵력에만 기여하므로 원자핵을 안정화

시키는 역할을 한다.

(3) 양전하를 띠는 원자핵과 음전하를 띠는 전자 사이에는

전기적 인력이 작용한다.

03

(1) 우주의 온도가 낮아지면서 쿼크의 결합으로 양성자와

중성자가 생성되었다.

(2) 빅뱅 이후 우주가 시작되고, 기본 입자인 쿼크와 전자

가 생성되었다.

(3) 양성자는 3개의 쿼크가 결합하여 생성되는데, 업 쿼크

2개와 다운 쿼크 1개로 이루어져 있다.

04

(1) 빅뱅 이후 양성자와 중성자를 이루는 기본 입자인 쿼

크와 전자가 생성되었다.

(2) 우주의 온도가 낮아지면서 업 쿼크 2개와 다운 쿼크 1

개가 결합하여 양성자가 생성되었고, 업 쿼크 1개와 다운

쿼크 2개가 결합하여 중성자가 생성되었다.

(3) 우주의 온도가 약 수백만℃로 낮아지면서 양성자와 중

성자들이 결합하여 중수소 원자핵과 헬륨 원자핵이 만들

어졌다.

05

각 원자핵의 입자 수는 다음과 같다.

구분	[eqn: pile{2#1}]H	[eqn: pile{3#1}]H	[eqn: pile{3#2}]He	[eqn: pile{4#2}]He
양성자수	1	1	2	2
중성자수	1	2	1	2

④ [eqn: pile{3#1}]H와 [eqn: pile{3#2}]He의 중성자수는 각각 2개와 1개이므로 서로 다르다.

① [eqn: pile{2#1}]H와 [eqn: pile{3#1}]H의 양성자수는 모두 1개이므로 전하량은 같다.

오답 체크

⑤ [eqn: pile{4#2}]He의 양성자수는 2개이고, [eqn: pile{3#1}]H의 양성자수는 1개이므로 [eqn: pile{4#2}]He의 양성자수가 [eqn: pile{3#1}]H의 2배이다.

06

별의 내부에서는 수소 원자핵의 핵융합 반응으로 헬륨 원

자핵이 생성되고, 이때 별이 내는 빛은 핵융합 반응에서

방출되는 에너지이다. 한편 별의 중심핵에 있는 수소가 모

두 사용되면 중력에 의한 수축이 일어나 중심 온도가 상

승하면서 헬륨 원자 간의 핵융합 반응이 일어나 탄소 원

자핵이 생성된다.

07

(가)는 헬륨 원자핵으로부터 탄소 원자핵이 생성되는 반응

식이고, (나)는 탄소 원자핵과 헬륨 원자핵으로부터 산소

원자핵이 생성되는 반응식이다.

ㄱ. 산소 원자핵이 탄소 원자핵에 비해 무거우므로 (가)보

다 (나)에서 더 무거운 원자핵이 생성된다.

ㄴ. 양성자와 중성자가 강한 핵력에 의해 결합하여 중수소

원자핵이 생성되고, 이로부터 (가)와 (나)의 헬륨 원자핵이

생성된 것이다.

ㄷ. 핵융합 반응에 의해 별의 내부에서 생성될 수 있는 가장 무거운 원소는 철(Fe)이며, 별의 중심에 철이 축적되면 별 내부에서의 핵융합이 중단된다.

오답 체크

08

(가)는 중수소([eqn: pile{2#1}]H) 원자핵, (나)는 헬륨([eqn: pile{3#2}]He) 원자핵, (다)는 삼중수소([eqn: pile{3#1}]H) 원자핵이다.

ㄴ. (나)와 (다)의 질량수는 모두 3으로 서로 같다.

ㄱ. (가)는 중수소 원자핵이고, (나)는 헬륨 원자핵이며, 양성자수가 (가)는 1, (나)는 2로 서로 다르므로 동위 원소 관계에 있는 원자핵이 아니다.

오답 체크

ㄷ. (다)는 삼중수소 원자핵이다.

09

모범답안_ (1) (나)-(마)-(가)-(다)-(라)

(2) (라), 별의 내부에서 수소의 핵융합 반응으로 헬륨이

생성되고, 헬륨을 핵융합의 원료로 하여 탄소, 질소, 산소

등의 더 무거운 원자핵이 생성되기 때문이다.

해설_ (1) (나) 빅뱅 우주에서 쿼크, 전자 등의 기본 입자가 생성되었다.

(마) 쿼크가 강한 상호 작용에 의해 결합하여 양성자와 중

성자가 생성되었다.

(가) 이때 양성자와 중성자가 강한 핵력에 의해 결합하여

중수소 원자핵이 생성되었고, 이로부터 헬륨 원자핵이 생

성되었다.

(다) 우주의 온도가 낮아짐에 따라 전자의 운동 속도가 느

려져 수소 원자핵과 헬륨 원자핵이 전자를 붙잡을 수 있

게 되면서 수소와 헬륨 원자가 생성되었다.

(라) 그 후 헬륨을 핵융합의 원료로 하여 탄소, 산소, 네

온, 규소 등의 더 무거운 원자핵이 생성되었다.

(2) 별의 내부에서는 수소와 헬륨 원자핵을 이용하여 더

무거운 원자핵이 생성되어야 하기 때문이다.

(2) 수소, 헬륨, 무거운 원자핵

정답 키워드

등급	채점 기준	배점(%)
A	마지막 단계를 옳게 쓰고, 그렇게 판단한 이유를 옳게 서술한 경우	100
B	마지막 단계만 옳게 쓴 경우	30

10

모범답안_ (1) (가) [eqn: pile{4#2}]He, (나) [eqn: pile{12#6}]C

(2) 반응 전의 헬륨과 탄소의 양성자수를 합한 값과, 질량

수를 합한 값이 반응 후에 생성된 산소의 양성자수 8과

질량수 16과 같다.

해설_ •반응 Ⅰ: 2[eqn: pile{2#1}]H → [eqn: pile{4#2}]He, 중수소 원자핵이 2개이므로 양성자수가 2이고 질량수가 4인 헬륨 원자핵이 생성된다.

•반응 Ⅱ: 3[eqn: pile{4#2}]He → [eqn: pile{12#6}]C, 헬륨 원자핵이 3개이므로 양성자수가 6이고, 질량수가 12인 탄소 원자핵이 생성된다.

•반응 Ⅲ: [eqn: pile{4#2}]He+[eqn: pile{12#6}]C → [eqn: pile{16#8}]O, 헬륨 원자핵과 탄소 원자핵이 반응하므로 양성자수가 8이고, 질량수가 16인 산소 원

자핵이 생성된다.

(2)양성자수, 질량수

정답 키워드

등급	채점 기준	배점(%)
A	양성자수와 질량수의 변화에 대해 모두 옳게 서술한 경우	100
B	양성자수와 질량수의 변화 중 한 가지에 대해서만 옳게 서술한 경우	50