[2015 EBS 인터넷 수능] 화법과 작문 & 독서와 문법(A)-미니 모의고사 02회(초임계 유체의 특징과 활용)

[구렛나루]

[24~26] 다음 글을 읽고 물음에 답하시오.

사람들이 즐겨 마시는 커피나 차에 존재하는 카페인은 적정량을 섭취했을 경우에는 집중력을 강화시키는 장점이 있지만, 과량으로 섭취했을 경우에는 신경과민, 불면증 등의 부작용을 나타내기도 한다. 카페인의 부작용에 대한 민감도는 사람마다 차이가 있어 카페인에 민감한 사람들을 위해 카페인이 없는 커피나 차를 만들기도 한다. 초기에 커피 또는 차에서 카페인을 제거하는 방법으로 이염화 메탄으로 커피콩 또는 찻잎을 씻은 후 이염화 메탄을 증발시키는 방법을 사용했다. 그러나 이염화 메탄이 환경을 오염시키고, 커피콩에 남아 있는 경우 인체에 해를 끼칠 수 있는 물질이기 때문에 대체 물질이 필요했는데, 그 대체 방식으로 찾아낸 것이 바로 초임계 유체 상태인 이산화탄소를 이용한 공법이다.

초임계 유체는 여러 가지 물질을 용해하는 액체의 성질과, 공기처럼 확산이 빠르고 1㎚보다 좁은 공간에 침투할 수 있는 기체의 성질을 함께 가지고 있다. <그림>을 보면 임계점 이하의 압력 및 온도 조건에서 물 또는 이산화탄소는 기체, 액체, 고체상으로 존재하고 있으며, 각 곡선은 두 가지 상이 평형을 이루며 공존하는 압력이나 온도 조건을 의미한다. 즉, 액체와 기체 간의 곡선은 각 압력 조건하의 끓는점을 의미하며, 이 선을 따라 온도나 압력을 증가시키면 임계점에 도달하게 된다. 온도나 압력의 증가에 따라 액체상은 열팽창으로 인하여 밀도가 감소하고 기체상은 압력 증가에 따라 밀도가 증가하는 상반된 변화를 계속하다가 임계점 이상의 고온, 고압 조건에 도달하게 되면 두 상의 밀도가 동일한 값을 가지게 되고 액체와 기체 두 상 사이의 구분이 없어지게 된다. 이러한 상태를 초임계 상태라고 하며, 고체와 달리 변형이 쉽고 자유로이 흐르는 유체의 특성을 가지기 때문에 초임계 유체라고 부른다.

지구상에 존재하는 모든 유체는 고유의 임계점을 갖고 있다. 예를 들어 물은 1기압에서 0℃ 이 하로 온도를 낮추면 고체인 얼음이 형성되고, 1기압에서 100℃ 이상 온도를 높이면 기체인 수증기가 형성된다. 100℃ 이상에서 물을 액체 상태로 계속 유지시키기 위해서는 물에 대한 압력을 증가시키는 것이 필요하다. 물의 압력을 218.3기압 이상 유지한 상태에서 온도를 374.2℃ 이상으로 유지하게 되면 물은 앞서 기술한 고체, 액체, 기체와는 매우 상이한 상태의 물질로 변하게 되는데 이를 초임계수라고 하며, 이때의 온도와 압력은 물의 임계점이 된다. 이산화탄소의 경우 임계 압력은 72.8기압, 임계 온도는 31℃로 비교적 낮아 초임계 상태를 만들기 용이하다.

초임계 이산화탄소는 기체 상태의 이산화탄소와 달리 카페인에 대한 용해력이 뛰어나며, 아주 작은 기공으로의 침투성이 용이하여 커피콩 또는 찻잎 내부에 존재하는 카페인에 빠른 시간 내에 도달할 수 있다. 초임계 이산화탄소의 용해력은 온도와 압력을 변하게 함으로써 쉽게 조절할 수 있는데, 높은 압력과 낮은 온도에서 카페인은 쉽게 초임계 이산화탄소에 용해된다. 이를 이용하여 커피콩 또는 찻잎의 카페인을 제거한 후, 압력을 낮추면 초임계 이산화탄소는 기체 상태의 이산화탄소가 되어서 카페인이 더 이상 용해되지 않고 이산화탄소와 카페인을 서로 분리할 수 있다.

초임계 이산화탄소는 공장이나 발전소에서 배출되는 이산화탄소를 재활용할 수 있어 값이 싸고, 임계 조건에 쉽게 접근할 수 있어 효율적으로 조작할 수 있으며, 인체에 무해하고, 생성물의 분리와 회수가 용이하여 재사용이 가능하다는 많은 장점이 있다. 그래서 카페인 제거 외에도 천연물에서 의약 성분을 추출하는 등 의약품, 식품 등의 산업에 널리 활용되고 있다.

24 윗글을 통해 알 수 있는 사실로 적절하지 않은 것은?

① 사람에 따라 카페인에 대한 부작용의 정도가 다르다.

② 찻잎을 씻은 이염화 메탄은 증발하지 않는 경우가 있다.

③ 물과 수증기의 밀도가 같아지면 물은 초임계 상태가 된다.

④ 초임계 유체 상태에서 온도를 높이면 유체는 기체 상태로 변한다.

⑤ 초임계 이산화탄소가 아주 작은 기공도 침투할 수 있는 것은 기체의 성질에 해당한다.

25 윗글과 <보기>를 읽고 보인 반응으로 적절하지 않은 것은?

<보기>

(가): 물에 잘 녹지 않는 아스피린을 고압 용기에 이산화탄소와 함께 넣는다.

(나): 온도를 40℃, 압력을 200기압에 맞추고 기다린 후, 갑자기 용기의 밸브를 열어 준다.

(다): 이산화탄소와 함께 아스피린도 용기를 빠져나가다가 작은 입자가 되는데, 이를 필터로 포집한 것이 아스피린 나노 입자이다.

① 아스피린은 고압 용기에서 이산화 탄소에 녹겠군.

② 밸브를 열어 주면 고압 용기 안의 기압이 낮아지겠군.

③ 용기 밖으로 나가면 이산화 탄소는 기체 상태로 변하겠군.

④ 용기 밖으로 나가면 이산화 탄소와 아스피린은 분리되겠군.

⑤ 필터를 통과한 이산화 탄소는 아스피린 입자 제조에 다시 사용할 수 없겠군.

26 ‘임계점’에 대한 이해로 가장 적절한 것은?

① 임계점을 알면 유체의 종류를 알 수 있다.

② 임계점에 가까워질수록 액체상의 밀도는 증가한다.

③ 이산화 탄소는 물보다 임계점에 도달하기 더 어렵다.

④ 임계점 이하에서 물질은 항상 액체 상태를 유지한다.

⑤ 임계점 이상의 온도에서 물질은 계속 상태 변화를 일으킨다.

도움자료

[2015 EBS 인터넷 수능]

화법과 작문 & 독서와 문법 - A

기술 24 ④ 25 ⑤ 26 ①

■ ‘초임계 유체의 특징과 활용 ’

이 글은 커피나 차에 존재하는 카페인을 인체에 무해하게 제거할 수 있는 방법으로 초임계 유체 상태인 이산화탄소를 이용할 수 있다고 소개하며 시작한다. 2문단에서는 물질이 임계점 이상의 고온과 고압 조건에 도달하면 액체와 기체 두 상의 구분이 없어져 액체와 기체의 성질을 함께 가지는 초임계 유체에 대해 설명한다. 3문단에서는 물과 이산화 탄소를 예로 들어 모든 유체는 고유의 임계점이 있다는 것과 이산화 탄소의 임계점이 비교적 낮다는 것을 설명한다. 4~5문단은 초임계 이산화 탄소를 활용하여 카페인을 제거하는 방법을 구체적으로 서술하며, 초임계 이산화 탄소의 장점을 바탕으로 의약품 및 식품 등에 초임계

이산화 탄소가 널리 쓰이고 있음을 설명한다.

초임계 유체의 특징과 초임계 이산화 탄소의 활용

1문단: 카페인을 제거하는 두 가지 방법

2문단: 기체와 액체의 성질이 공존하는 초임계 유체

3문단: 유체마다 존재하는 고유의 임계점

4문단: 초임계 이산화 탄소를 이용하여 카페인을 제거하는 방법

5문단: 초임계 이산화 탄소의 장점과 이용 분야

24 세부 정보, 핵심 정보 파악 ④

④ 확인 1 온도를 높임

2문단에서 물질은 임계점 이하의 온도에서는 온도와 압력 조건에 따라 기체, 액체, 고체로 존재하며, 임계점에 도달하면 초임계 유체 상태가 된다는 것을 알 수 있다.

확인 2 유체가 기체 상태로 변함

압력이 일정한 상태에서 임계점보다 온도를 높이더라도 초임계 상태를 유지하므로, 유체가 기체로 변한다는 것은 적절하지 않다.

① 확인 카페인에 대한 부작용 정도가 다름

1문단에서 카페인을 과량으로 섭취했을 경우에는 신경과민, 불면증 등의 부작용이 나타나지만 카페인에 대한 민감도는 사람마다 다르다고 했으므로, 사람에 따라 카페인의 부작용 정도가 다름을 알 수 있다.

② 확인 이염화 메탄은 증발하지 않는 경우가 있음

1문단에서 커피에서 카페인을 제거하기 위해 이염화 메탄으로 커피콩을 씻어 증발시키는 방법을 사용하는데 이염화 메탄이 커피콩에 남아 있는 경우 인체에 해를 끼칠 수 있다고 했으므로, 찻잎을 씻은 이염화 메탄의 일부는 증발하지 않고 찻잎에 남을 수 있음을 알 수 있다.

③ 확인 물과 수증기의 밀도가 같아지면 물은 초임계 상태가 됨

2문단에서 액체와 기체의 밀도가 동일한 값을 가지게 되면 액체와 기체 사이의 구분이 없어져 초임계 상태가 된다고 하였으므로, 물 역시 물과 수증기의 밀도가 같아지면 초임계 상태인 초임계수가 됨을 알 수 있다.

⑤ 확인 1 아주 작은 기공을 침투

4문단에서 초임계 이산화 탄소는 아주 작은 기공으로의 침투성이 용이하다고 하였다.

확인 2 기체의 성질

2문단에서 초임계 유체는 확산이 빠르고 좁은 공간에 침투할 수 있는 기체의 성질을 가지고 있다고 하였으므로, 초임계 이산화 소가 아주 작은 기공을 침투할 수 있는 것은 기체의 성질에 해당함을 알 수 있다.

25 반응의 적절성 평가 ⑤

⑤ 확인 이산화탄소는 아스피린 입자 제조에 다시 사용할 수 없음

초임계 유체를 이용한 기술에 이산화탄소가 널리 사용되는 이유는 여러 장점이 있기 때문인데, 그중 하나가 재사용이 가능하다는 것이다. 따라서 분리된 이산화탄소는 다시 아스피린 나노 입자를 제조하는 데 사용할 수 있다.

① 확인 1 고압 용기

고압 용기 안에서 이산화탄소는 임계 온도와 임계 압력보다 온도, 압력이 모두 높으므로 초임계 유체 상태이다.

확인 2 아스피린을 녹임

초임계 유체는 물질을 용해하는 액체의 성질이 있으므로 아스피린을 녹일 수 있다.

② 확인 밸브를 열어 주면 고압 용기 안의 기압이 낮아짐

압력을 낮추면 초임계 이산화탄소는 기체 상태가 되는데, 고압 용기의 밸브를 열어 주면 이산화탄소가 용기 밖으로 빠져나가므로 용기 안의 기압은 낮아지게 된다.

③ 확인 이산화탄소는 기체 상태로 변함

이산화탄소는 아스피린과 달리 필터를 통과하는데, 이산화탄소가 용기 밖으로 나와 초임계 유체에서 기체 상태로 변했음을 알 수 있다.

④ 확인 이산화탄소와 아스피린은 분리됨

이산화탄소와 함께 용기를 나오면서 아스피린이 작은 입자로 바뀌는 것에서, 이산화탄소와 아스피린이 분리된다는 것을 알 수 있다.

26 세부 내용 추론 ①

① 확인 임계점을 알면 유체의 종류를 알 수 있음

지구 상에 존재하는 모든 유체는 고유의 임계점을 갖고 있다고 하였으므로, 임계점을 알면 그 유체가 무엇인지 알 수 있다.

② 확인 1 임계점에 가까워짐

두 가지 상이 평형을 이루는 곡선을 따라 온도와 압력을 증가시키면 임계점에 도달하게 된다.

확인 2 액체상의 밀도는 증가

임계점에 가까워지면 액체상은 열팽창으로 인하여 밀도가 감소하고, 기체상은 압력 증가에 따라 밀도가 증가한다고 하였으므로, 액체상의 밀도가 증가한다는 것은 적절하지 않다.

③ 확인 1 이산화 탄소, 물

물의 임계점은 218.3기압, 374.2℃이고, 이산화탄소는 72.8기압, 31℃로 기압과 온도 모두 물이 더 높다.

확인 2 임계점에 도달하기 더 어려움

이산화탄소는 임계점의 압력과 온도가 모두 더 낮아, 물보다 임계점에 도달하기 더 쉬우므로 이산화 탄소가 물보다 임계점에 도달하기 더 어렵다는 것은 적절하지 않다.

④ 확인 임계점 이하에서 물질은 항상 액체 상태를 유지함

임계점 이하에서 물질은 액체, 기체, 고체 상태에 있을 수 있으므로 적절하지 않다.

⑤ 확인 임계점 이상의 온도에서 물질은 계속 상태 변화를 일으킴

임계점 이상의 온도에서 물질은 유체가 되므로, 끊임없이 상태 변화를 일으킨다고 볼 수 없다.