물질과 규칙성 - 물질의 생성

고 1 - 통합과학

소단원 물질의 생성 요점정리

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1. 우주를 이루는 원소의 75%

스펙트럼: 빛을 파장에 따라 분해한 것

물질을 구성하는 원자 - 외부에서 에너지 받거나 잃을 때 빛 흡수 or 방출

└스펙트럼 분석 시 물질에 관한 다양한 정보를 얻을 수 있음. (ex: 이 물질은 수소와 산소로 이루어져 있다.)

연속 스펙트럼

└고온의 물체에서 관측됨. 무지개색 띠가 연속적으로 나타남 

흡수 스펙트럼

└검은 바탕, 밝은 선. 원소 종류따라 위치 다름, 고온의 성운에서 특정 원소가 내는 빛에서 관측됨

선 스펙트럼

└연속 스펙트럼 배경, 검은 선. 고온의 별에서 나온 빛이 온도가 낮은 성운을 통과할 때 관측

스펙트럼을 통해 알아낸 우주의 구성 원소

75%가 수소, 나머지는 헬륨, 타 원소는 1% 이내

2. 그 많은 수소는 어 디에서 왔을까?

빅뱅 (가모프 주장)

1. 빅뱅과 동시에 우주 팽창, 기본 입자 생성

2. 기본 입자는 사라졌다 생성을 반복, 충돌하며 양성자와 중성자를 생성함 (결합) (양성자 하나는 수소 원자핵, 여기까지가 1초)

3. 3분 후, 양성자 2개와 중성자 2개가 충돌, 헬륨 원자핵 생성 (결합)

4. 38만년 후, 전자가 원자핵 주위로 끌려와 중성 원자를 형성

빅뱅설이 등장하게 된 배경

1. 우주가 팽창하는게 목격됨, 과거에는 우주가 작았을 것.

2. 과거 우주는 아주 뜨겁고 고밀도였을 것. (물질이 압축되면 열이 발생하기 때문)

3. 우주에는 수소와 헬륨이 많음 → 초기 우주는 수소 원자로 밀집된 구조였을 것 (더욱이나 수소 원자는 가장 간단한 구조임)

4. 빅뱅 초기에는 고온·고압이었기 때문에 수소 원자핵이 융합하여 헬륨을 만들어 냈을 것.

빅뱅설의 타당성과 결론

타당성: 우주에 존재하는 수소와 헬륨의 질량비와 일치

결론: 수소와 헬륨은 대부분 우주가 생긴 후 짧은 시간 동안 만들어짐

3. 별은 우주의 연금술사

별의 탄생

1. 빅뱅 후 2억년, 수소와 헬륨은 퍼져있는것이 아닌 군데군데 모여져 있었음 (=성운을 이루고 있었다)

2. 중력에 의해 중심부로 밀집, 중심부의 온도가 올라감

3. 회전하며 원반 모양을 형성

4. 온도가 충분히 올라가자 중심부의 수소가 융합하여 헬륨을 만듦 (수소 핵융합 반응)

5. 중심부에서 별 탄생

별의 일생

    수소 핵융합 반응을 하며 에너지 방출

→ 수소가 다 소모되면 수소 핵융합 중단, 중심부는 수축하며 온도가 올라 크기 팽창

→ 중심부의 온도가 충분히 올라가면 헬륨 핵융합 반응이 시작, 탄소 생성

→ 수소 핵융합과 똑같은 과정을 거쳐 탄소, 산소, 네온, 나트륨, 마그네슘, 규소, 철을 만듦

→ 철까지 만들었을 시 핵융합 반응 일어나지 X

+태양같은 질량의 별은 탄소까지 합성하고 생을 마침

초신성 폭발

별의 핵융합 반응이 모두 끝나면 급격히 팽창하며 폭발함 (=초신성 폭발)

└이때 나오는 에너지로 철보다 무거운 원소들이 생성됨 (구리, 금, 우라늄…)

4. 별에서 온 우리

태양계의 형성 과정

1. 약 50억 년 전 기체와 티끌로 이루어진 성운 주변에서 초신성 폭발이 일어남

2. 그 영향으로 성운이 회전, 수축하며 원반 모양 형성

3. 중심부에서 물질이 모여 수소 핵융합 반응이 일어남, 원시 태양 생성

4. 원시태양 주변의 기체와 티끌들이 회전을 계속함

5. 서로 뭉쳐지며 크고 작은 덩어리를 이룸 (미행성)

6. 미행성들이 부딪히고 뭉쳐 더 큰 원시 행성이 됨

7. 원시 행성이 주변의 미행성과 물질을 계속 끌어들여 지금의 행성이 됨

지구형 행성과 목성형 행성

원시 태양에서 가까운 곳에서는 가벼운 물질 증발, 철, 니켈, 규소와 같은 녹는점이 높은 물질이 남음

└반대로 먼 곳에서는 물, 메테인, 암모니아 얼음, 얼음같은 녹는점이 낮은 물질도 존재할 수 O

지구형 행성 - 태양과 가까운 쪽의 원시 행성이 암석질 물질을 끌어들임

목성형 행성 - 암석질뿐만 아니라 얼음 등 다양한 물질을 끌어들여 성장, 충분히 성장 후 수소와 헬륨까지도 끌어들임 → 거대한 기체형 행성 생성

알아두면 좋은 TMI

태양계 성운 속에는 행성을 이루는 광물 성분이 있음

행성 형성 과정에서 남은 물질은 태양계 외각으로 밀려남