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지구와 생명의 역사를 바꾼 화학반응
◆ 주요 내용 정리
| 1. 지구와 생명의 역사에 영향을 준 산소 ① 산소는 반응성이 매우 큰 원소로, 다양한 원소들과 결합하여 물질을 생성합니다. ② 산소는 광합성, 화석 연료의 연소, 철의 제련에 관여하여 지구와 생명의 역사에 영향을 줍니다. 2. 광합성 ① 생물이 빛에너지를 이용하여 엽록체에서 이산화탄소와 물로부터 포도당과 산소를 만드는 화학 반응 ② 광합성으로부터 생성된 산소가 오존을 생성하면서 오존층이 형성되었고, 이 오존층이 유해한 자외선을 차단함에 따라 육상 생물이 출현하는 계기가 됨 3. 화석 연료의 연소 ① 주성분은 탄소(C)와 수소(H)로, 연소할 때 이산화탄소와 물, 열이 발생 ② 화석 연료의 연소로 발생한 에너지가 교통과 산업 발달에 영향을 줌 4. 철의 제련 ① 철광석으로부터 산소를 떼어내어 순수한 철을 얻는 과정 ② 순수한 철로 도구 등을 만들어 사용함으로써 철기 시대를 열어 문명을 발달시킴 |
지구와 생명의 역사에 영향을 준 산소
지구와 생명의 역사를 바꾼 대표적인 화학반응에는 광합성, 화석 연료의 연소, 철의 제련이 있는데 이들 반응에는 산소가 관여한다는 공통점이 있습니다.
산소(O)는 우주에서 수소(H), 헬륨(He)에 이어 세 번째로 많이 존재하는 원소이며, 지각에서는 가장 풍부한 원소이고, 지구 대기에서는 두 번째로 풍부한 기체입니다.
산소는 반응성이 크기 때문에 대부분의 원소와 결합하여 다양한 물질을 형성합니다.
규소(Si)와 산소가 결합하여 생성된 규소 산화물이나 금속 원소와 산소가 결합하여 생성된 금속 산화물은 지각에 존재하며, 비금속 원소인 탄소(C)와 산소가 결합하여 생성된 이산화 탄소(CO2)등은 대기에 존재합니다.
광합성
1. 광합성
생물이 빛에너지를 이용하여 엽록체에서 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)로부터 포도당(C6H12O6)과 산소(O2)를 만드는 화학반응을 광합성이라고 합니다.
광합성 : 이산화 탄소 + 물 → 포도당 + 산소
2. 광합성이 지구와 생명에 미친 영향
| 원시 지구 대기의 조성 변화 | 메테인(CH4), 암모니아(NH3)등으로 이루어진 원시 지구의 대기에 지구상에 최초로 출현한 생물이 물속에서 무산소 호흡을 하여 대기 중의 이산화탄소의 농도를 높임 |
| 유산소 호흡을 하는 생물 출현과 오존층 형성 | 광합성을 하는 생물이 출현하면서 대기 중의 산소 농도가 증가하여 유산소 호흡을 하는 생물들이 출현하였고, 대기 중의 산소가 오존(O3)을 생성하면서 오존층을 형성 |
| 육상 생물 출현 | 오존층이 유해한 자외선을 차단하여 다양한 육상 생물이 출현할 수 있었음 |
※ 세포 호흡
세포 호흡은 광합성의 역반응으로 포도당이 산소에 의해 이산화 탄소와 물로 분해되는 과정입니다.
광합성은 엽록체에서 일어나지만 세포 호흡은 미토콘드리아에서 일어납니다.
화석 연료의 연소
1. 화석 연료의 연소
지질 시대의 생물체가 땅속에 묻혀 오랜 시간 동안 열과 압력을 받아 변성되어 만들어진 것을 화석 연료라고 합니다. 화성 연료의 주성분은 탄소(C)와 수소(H)로 석탄, 석유, 천연가스 등이 있습니다. 화석 연료가 공기 중에서 연소하면 산소와 반응하여 이산화탄소와 물이 생성되고 열이 발생합니다.
화석연소의 연소 : 화석 연료 + 산소 → 물 + 이산화탄소
2. 화석 연료의 연소가 지구와 생명에 미친 영향
화석 연료의 연소로 발생한 에너지는 교통과 산업에 큰 영향을 줍니다.
| 석탄 | ● 인류가 가장 널리 사용해 온 화석 연료로, 증기 기관의 연료로 사용되어 산업 혁명에 크게 기여 ● 사용량은 점점 줄고 있지만 아직도 화력 발전소의 연료나 화학 제품의 원료로 사용 |
| 석유 | ● 수송이 편리하고 석탄에 비해 오염 물질이 적게 배출되어 교통수단의 중요한 에너지원으로 사용 ● 플라스틱, 합성 고무, 합성 섬유 등의 원료로 사용 |
| 천연가스 | ● 메테인(CH4)이 주성분 ● 난방과 조리 등 주로 가정용 연료와 버스와 같은 차량의 연료로 사용 |
※ 연소와 세포 호흡의 차이
연소와 세포 호흡은 산소가 필요하고 에너지를 방출한다는 공통점이 있지만 차이점도 있습니다.
연소는 높은 온도에서 물질이 산소와 결합하여 빛과 열을 내며 다량의 에너지를 한꺼번에 방출하지만 세포 호흡은 저온에서 반응이 서서히 일어나며 에너지가 단계적으로 조금씩 방출됩니다.
| 구 분 | 연 소 | 세포 호흡 |
| 반응식 | C6H12O6 + 6O2 + 6H2O → 6CO2 + 12H2O + 686kcal | C6H12O6 + 6O2 + 6H2O → 6CO2 + 12H2O + 38ATP+열에너지 |
| 반응 온도 | 약 400℃이상 | 약 37℃ |
| 효소 필요 여부 | 필요 없음 | 필요 |
철의 제련
1. 철의 제련
자연 상태에서 철은 대부분 철광석으로 존재하므로 순수한 철을 얻기 위해서는 철광석에서 산소를 떼어내야 하는데 이와 같은 과정을 철의 제련이라고 합니다.
철의 제련은 용광로에 철광석과 코크스(C)를 넣어 가열하여 순수한 철은 얻습니다.
2. 철의 제련이 지구와 생명에 미친 영향
인류는 철광석으로부터 철을 얻어서 도구를 만들어 사용함으로써 철기 시대를 열어 문명을 발달시켰습니다. 오늘날에도 철은 산업 전반과 각종 생활 용품, 운송 수단, 건축물 등 다양한 분야에 널리 이용되고 있습니다.
