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1학년 통합과학 학습지 과제

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Academic year: 2021

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< 교과서를 참고하여 빈칸을 채우면서 공부하십시오. >

Ⅰ. 물질과 규칙성

1. 물질의 규칙성과 결합

01. 우주의 시작과 원소의 생성

▪ 우주 이야기 만들기 ➜ ➜ ➜ ➜ ➜ ➜ ➜ ▪ 빅뱅과 원자의 형성 ① 물질을 구성하는 입자 ② 빅뱅 우주론 : 지금으로부터 약 138억 년 전 매우 뜨겁고 밀도가 높은 한 점에서 빅뱅(대폭발)이 일어나 우주가 탄생하였으며 계속 팽창하고 있다는 이론 ▶ 우주의 탄생 : 빅뱅이 일어나 우주가 탄생하였다. ▶ 최초의 입자 형성(~10-35초) : 쿼크와 전자 같은 기본 입자가 형성되었다. ▶ 양성자와 중성자의 형성(~10-6초) : 쿼크가 결합하여 양성자와 중성자를 형성하였다. ▶ 원자핵의 형성(~3분) : 양성자와 중성자가 충돌하여 헬륨 원자핵을 형성하였다. ▶ 원자의 형성(빅뱅 이후 약 38만 년) : 원자핵과 전자가 결합하여 원자를 형성하였다. 우주의 시작 현재

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③ 빅뱅 이후 약 38만 년 동안 원자가 만들어지는 과정 ▶ 고온, 고압, 고밀도 상태의 우주가 팽창하기 시작 ▶ 기본 입자의 생성 (빅뱅 이후~10-35초) - 쿼크 : 상대적으로 무거운 입자 양성자와 중성자는 ( )와 ( )로 구성 - 렙톤 : 상대적으로 가벼운 입자 원자핵 주위를 도는 ( )가 렙톤에 속한다.

< 참고 > 우주에 대한 관점

▷ 정상 상태 우주설 : 정상 우주설이라고도 하며, 우주는 시작도 끝도 없이 지금과 같은 상태가 영원히 지속된다는 우주관이다. ▷ 팽창 우주설 : 현재의 우주는 팽창하는 중의 한 시점에 있다는 우주관이다. 과거의 우주는 현재보다 더 작았으며, 태초로 가면 모든 별이 하나로 모여 있을 것이다. 이 상태가 갑자기 붕괴하면서 물질이 생기고, 우주가 팽창하기 시작했을 것이다.

< 참고 > 빅뱅 우주론이 정설로 받아들여지게 된 계기

▷ 허블의 발견에 의한 허블 법칙 - 허블 법칙 : 멀리 있는 은하일수록 더 빠른 속도로 멀어지는 것을 발견하였다. - 허블 법칙과 우주의 팽창 : 멀리 있는 은하일수록 더 빨리 멀어진다. ➜ 은하들이 서로 멀어져 가고 있다. ➜ 우주가 팽창하고 있다. ⇒ 팽창 우주설에 대한 근거 ▷ 조지 가모프의 빅뱅 우주론 (1948년) - 빅뱅 직후의 우주는 극히 작은 규모와 극히 높은 온도를 가졌을 것이다. - 입자의 개수 밀도가 매우 높고 온도가 높아서 입자들의 움직임이 매우 빨랐을 것이다. - 입자의 잦은 충돌로 인해 빛조차도 자유롭게 이동할 수 없었을 것이다. - 우주가 팽창하여 식으면서 빛이 자유롭게 이동하게 되었을 것이다. - 이때의 빛(우주배경복사)이 오늘날의 우주를 떠돌고 있을 것이다. ▷ 우주배경복사의 발견 (1964년) - 가모프는 우주배경복사가 모든 방향에서 방출되는 5K의 복사파로 남아있을 것으로 예상하였다. - 펜지어스와 윌슨이 증명 : 거대 통신용 안테나에 잡힌 작은 잡음 ➜ 3K의 마이크로파 형태의 복사파 ➜ 가모프의 예측과 거의 일치 ⇒ 가모프의 가설이 정설로 받아들여지는 계기 쿼 크 렙 톤 < 기본 입자, 쿼크와 렙톤 >

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▶ 양성자( )와 중성자의 생성 (~10-6초) ▶ 양성자와 중성자의 결합 (~3분) - 팽창에 따라 우주의 온도 감소 (10억 K) - 빅뱅 핵합성 : ( )과 ( )이 생성되는 과정 → 수소 원자핵 : 양성자 ( )개 → 헬륨 원자핵 : 양성자 ( )개 + 중성자 ( )개 - 수소와 헬륨의 존재 비율 <빅뱅 후 양성자와 중성자로부터 헬륨 원자핵이 생성되는 과정> 초기 우주에서의 양성자 : 중성자 수 비율은 약 7 : 1 = 14 : 2 ➜ 수소와 헬륨 원자핵의 개수비 ( ) : ( ) ➜ 수소와 헬륨 원자핵 한 개의 질량비 ( ) : ( ) ➜ 수소와 헬륨 원자핵의 총 질량비 ( ) : ( ) = ( ) : ( ) ⇒ 현재 우주에 존재하는 수소와 헬륨의 질량비( 3 : 1 )와 일치 ⇒ 빅뱅 우주론의 근거 ▶ 중성 원자의 생성 (빅뱅 후 약 38만 년) - 우주의 팽창에 따라 온도 감소 (3000K) - 입자들의 운동 에너지가 작아져 더 이상 반응이 일어나지 않게 된다. - 전자가 원자핵 주위로 끌려와 중성 원자를 형성하기 시작한다. → 수소 원자핵 + 전자 1개 = 수소 원자 → 헬륨 원자핵 + 전자 2개 = 헬륨 원자 - 그 결과 우주의 밀도가 낮아지면서 빛이 이동할 수 있는 공간이 생기고 이때부터 ( )가 우주 공간을 자유롭게 이동하기 시작했다. ⇒ 약 3K의 복사파로 관측 ⇒ 빅뱅 우주론의 근거 양성자 중성자 모형 위쿼크 (u) : ( )개 아래쿼크 (d) : ( )개 위쿼크 (u) : ( )개 아래쿼크 (d) : ( )개 전하 ( )+( )+( )=( ) ( )+( )+( )=( )

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▪ 스펙트럼과 우주의 원소 분포 ① 스펙트럼 : 빛을 프리즘이나 회절격자 등의 분광장치로 분산시켰을 때 나타나는 무지개색의 띠 ② 스펙트럼의 종류 ▶ ( ) 스펙트럼 : 고온의 광원에 의해 모든 색의 빛이 섞여 있는 경우에 나타나는 연속적인 스펙트럼 ▶ ( ) 스펙트럼 : 특정 물질에 따라 특정 위치에 띠가 나타나는 불연속적인 스펙트럼 ▷ 선 스펙트럼의 종류 - 방출 스펙트럼 : 고온의 기체에서 방출되는 특정 파장의 빛이 밝은 선으로 나타난다. 기체의 종류에 따라 선의 위치와 개수가 다르다. - 흡수 스펙트럼 : 고온의 광원에서 방출한 특정 파장의 빛을 저온의 기체가 흡수하여 무지개 색 바탕에 검은 선이 나타난다. 흡수선의 위치에 따라 기체의 종류를 알 수 있다.

✍ 탐구 (교과서 18~19쪽)

1. 휴대 전화 화면과 수소 기체의 스펙트럼은 어떻게 다른지 설명해 보자. ➜ 휴대전화 화면을 관찰하면 ( ) 스펙트럼이 나타나고, 수소 방전관을 관찰하면 ( ) 스펙트럼이 나타난다. 2. 다음은 다양한 원소가 들어 있는 방전관을 관찰하여 얻은 방출 스펙트럼 및 태양과 미지의 별의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이다. 제시된 스펙트럼을 비교하여 태양과 미지의 별에 존재하는 원소를 확인하고, 결과를 표에 기록해 보자. 3. 태양과 미지의 별에 모두 존재하는 원소는 무엇인지 확인하고, 이러한 결과가 나타나는 까닭을 토의해 보자. ➜ 4. 스펙트럼을 이용하여 우주의 원소 분포를 알아내는 원리를 설명해 보자. ➜ 우주로부터 오는 별빛의 스펙트럼을 분석하면 별을 둘러싸고 있는 대기의 구성 성분에 따라 ( )의 위치와 세기가 달라진다. 따라서 별빛의 스펙트럼에 나타난 흡수선을 분석 하면 .      연속 스펙트럼 선 스펙트럼 ( ) ( ) 스펙트럼 스펙트럼

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③ 별과 은하의 선 스펙트럼 ▶ 19세기 초 프라운호퍼의 발견 : 태양의 스펙트럼 ➜ 태양의 대기가 수소, 헬륨, 나트륨 등 다양한 원소로 구성되어 있음을 밝혀냄. ▶ 별과 은하의 스펙트럼 분석 ➜ 흡수선의 세기는 그 별을 구성하는 원소의 밀도에 비례하므로 각 흡수선의 선폭을 비교하면 ( )를 알 수 있다. ➜ 별과 은하의 스펙트럼 분석 결과, 우주에 존재하는 원소들의 질량 중 약 74%가 ( ), 24%가 ( ), 그 밖의 원소는 2% 이내라고 밝혀졌다. ⇒ 현재 우주에 존재하는 수소와 헬륨의 질량비 = 3 : 1

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02. 지구와 생명체를 이루는 원소의 생성

▪ 지구와 생명체를 구성하는 원소 ▪ 기타 2% 우주 니켈 2.4% 기타 4.6% 마그네슘 1.5% 지구 사람 ➜ 우주를 구성하는 주요 원소 : ➜ 지구를 구성하는 주요 원소 : ➜ 사람을 구성하는 주요 원소 : ① 우주를 구성하는 원소 ▶ 우주에서 가장 양이 많고 가벼운 ( )는 지구에는 극히 적은 양만 존재한다. ▶ 두 번째로 양이 많은 ( )도 다른 원소와 화학 결합을 하지 않는데다 가벼워서 지구에는 아주 작은 양만 남아 있다. ② 지구를 구성하는 원소 ▶ 지각 : 지구 전체 질량의 1%를 차지하며 ( ), ( )의 비율이 가장 높다. ▶ 맨틀과 핵 : 지구 질량의 대부분을 차지하며 ( ), ( ) 등으로 구성되어 있다. ▶ 대기 : 지구를 감싸고 있는 대기에는 ( ), ( )가 풍부하다. 질소와 산소는 지구의 기압과 평균 온도 조건에서 기체 상태로 존재한다. < 지각을 구성하는 원소의 질량비 > < 대기를 구성하는 원소의 질량비 >

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< 별 내부의 힘의 평형 > ③ 사람의 몸을 구성하는 원소 ▶ ( ), ( ), ( ), ( )가 약 96%를 차지한다. 이 원소 중 70% 정도는 물로 존재하고 나머지 30% 정도는 유전자와 영양소를 만드는 데 사용된다. - 산소 : 가장 많은 원소. 다른 원소들과 결합하기 쉬운 특성을 가지고 있기 때문이다. - 탄소 : 두 번째로 많은 원소. 최대 4개의 공유 결합이 가능하기 때문에 여러 원소들과 안정하게 결합하여 다양한 화합물을 만들 수 있고 복잡한 생명 현상을 일으키는 데 적합하다. ▪ 별의 진화와 원소의 생성 ① 우주 초기의 별의 탄생 (빅뱅 후 약 2억 년) ▶ 가스 구름 형성 ➜ 수소와 헬륨이 우주 전역에 존재하고 있었다. ➜ 우주 전역에서 밀도가 균일하지 않았기 때문에 밀도가 높은 곳의 ( )이 더 커져 더 많은 수소와 헬륨을 끌어당겼다. ➜ 수소와 헬륨을 끌어당길수록 한 영역 안에 질량이 더 많이 축적되어 중력이 더 커지고, 더 많은 질량이 그 영역 안으로 끌려들어가게 되었다. ➜ 수백만 년 동안 가스가 축적되면서 밀도가 높은 기체 구름을 형성하였다. ▶ 성운의 형성 ➜ 가스 구름이 중력의 작용으로 수축하여 성운을 형성한다. ▶ 원시별의 형성 ➜ 성운의 중심부에서 점점 밀도와 온도가 높아져 원시별이 만들어진다. ▶ 별의 탄생 ➜ 원시별 내부에서 온도가 천만K 이상이 되면 ( ) 반응이 일어난다. ➜ 핵융합 반응으로 발생한 열이 밖으로 밀어내려는 ( )과 안으로 잡아당기는 ( )이 평형을 이루기 때문에 별은 일정한 크기를 유지하면서 빛을 내게 된다. → 두 힘의 평형이 깨지면 별이 수축하거나 팽창하게 된다. ➜ 스스로 빛을 내는 별인 ( )이 탄생한다.

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<질량이 큰 별의 내부 구조> ② 태양과 질량이 비슷한 별 ▶ 일생의 대부분을 중심부의 수소 핵융합 반응으로 에너지를 방출하며 보낸다. ➜ 헬륨 생성 ▶ 중심부의 수소가 소모되어 헬륨으로 가득차면 수소 핵융합 반응 중단 ➜ 별의 중심부 수축 ➜ 온도 상승 ➜ 별의 외곽이 부풀어 올라 수백 배 이상 팽창 : 적색 거성 ➜ 중심부의 헬륨 핵융합 반응 ➜ 탄소 생성 <주계열성의 수소 핵융합> <적색 거성> <적색 거성의 탄소핵 생성> ▶ 적색 거성의 헬륨 핵융합 반응 중단 ➜ 별의 중심부 수축 ➜ 백색 왜성 ➜ 바깥 껍질은 기체 형태로 우주 공간에 방출 : 행성상 성운 ③ 태양보다 질량이 더 큰 별 ▶ 중심부에서 핵융합 반응이 계속 일어나 산소, 네온, 나트륨, 마그네슘, 규소, 그리고 최후의 산물인 ( )까지 생성 : 초거성 ▶ 중심부로 갈수록 무거운 원소를 합성하여 철까지 생기고 나면 더 이상의 핵융합 반응은 일어나지 않는다. ▶ 중력 수축이 계속되다가 더 이상 중력 수축을 견디지 못하면 대규모 폭발이 일어나는데 이 단계를 ( ) 이라 한다. ➜ 이때 나오는 엄청난 에너지로 철보다 더 무거운 원소 생성 ➜ 구리, 금, 납, 우라늄 등 생성 < 무거운 원소의 원자핵 형성 과정 > ④ 별의 죽음 ▶ 별의 죽음과 함께 별에서 생성된 다양한 원소들이 우주로 흩뿌려진다. ▶ 동시에 성운과 같은 잔해들이 새로운 별을 만드는데 다시 사용된다.

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▪ 태양계와 지구의 형성 (약 50억 년 전) ① 태양계의 형성 과정 ▶ 태양계 성운 ➜ 주변의 초신성 폭발로 성운이 회전하며 수축하여 원반 모양 형성 ➜ 중심부에서 중력 수축으로 원시 태양 생성 ➜ 원시 태양 주위의 가스와 먼지들이 뭉쳐지거나 파괴되면서 ( ) 형성 ➜ 미행성체들이 서로 합쳐져 원시 행성 형성 ② 태양과 가까운 쪽의 원시 행성 ▶ 태양과 가까워 온도가 높아서 녹는점이 ( )은 물질들만 남을 수 있었다. ➜ 규소, 철, 니켈 등과 같은 무거운 물질들이 남아 응축한 후 성장 ▶ 이러한 무거운 암석질 물질은 태양계 성운 안에 소량으로 존재하기 때문에 크게 성장하지 못한다. ➜ ( )형 행성 : 수성, 금성, 지구, 화성 ③ 태양과 먼 쪽의 원시 행성 ▶ 온도가 낮아서 녹는점이 ( )은 얼음이나 메테인 등이 응축하기 시작 ▶ 태양계 가장자리로 밀려 나오거나 흩어져 있던 수소나 헬륨 같은 가벼운 기체들을 끌어들여 거대한 기체 성분의 행성으로 성장 ➜ ( )형 행성 : 목성, 토성, 해왕성, 천왕성 ④ 지구의 형성 과정 ▶ 미행성체들이 계속 충돌하면서 열이 발생하여 마그마 바다 형성 ▶ 철, 니켈 등 무거운 물질은 중심부로 가라앉아 ( )을 형성 ▶ 규소, 산소 등 가벼운 물질은 떠올라서 ( )을 형성, 이후 지구가 식으면서 ( )을 형성 < 질량에 따른 별의 진화 과정 >

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⑤ 지구 탄생 초기의 대기 ▶ 화산 활동으로 많은 기체 분출 : 수소, 이산화 탄소, 질소, 수증기 등 ▶ ( )와 같은 가벼운 기체는 달아나고 ( ), ( )와 같은 무거운 기체가 행성 둘레를 에워쌌다. ▶ 수증기 : 대부분 냉각되어 비로 내려 ( )를 형성 → 바다에서 최초의 생명체 탄생 ▶ 이산화 탄소 : 바닷물에 녹아 석회암으로 침전되면서 대기 중 양이 줄어들었다. 이후 ( ) 작용으로 대기 중 양이 더 줄어들어 오늘날과 같은 대기 구성을 이루게 되었다. <과제> 우주의 시작에서부터 생명이 탄생하기까지의 과정을 4컷 만화로 만들어보자.

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03. 원소들의 주기성

▪ 원소 분류하기 ▶ 위 원소들을 금속과 비금속으로 분류하고, 그렇게 분류한 까닭을 설명해 보자. ➜ 금속 : ➜ 비금속 : ▪ 원소와 주기율표 ① 주기율표 ▶ 멘델레예프(1834~1907)의 주기율표 - 당시까지 밝혀진 63종의 원소를 ( )이 작은 것부터 차례로 배열하면 비슷한 성질의 원소들이 주기적으로 나타나는 현상을 발견 - 원자량 : 원자들의 상대적인 질량 - 당시까지 발견되지 않은 원소의 자리는 비워 두고 새로운 원소의 존재를 예측 예) = 44 = 68 = 72 - 몇몇 원소들의 성질이 주기성을 벗어나는 문제점이 있다. 분류 기준 실온에서의 상태 색깔 전기 전도성 분류 기체 고체 무색 무색이 아닌 것 전기가 잘 통함 전기가 안 통함

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< 멘델레예프의 주기율표 > ▶ 모즐리(1887~1915)의 주기율표 - 모즐리는 원자의 ( )에 따라 원자마다 번호를 붙이고, 이를 원자 번호라고 불렀다. - 모즐리의 주기율표 : 원자 번호 순으로 원소를 나열하다가 비슷한 성질을 가진 원소가 같은 세로줄에 오도록 줄을 바꾸어 배열 ➜ 주기율표에서 가로줄을 ( )라 하며 ( )주기부터 ( )주기까지 있다. ➜ 주기율표에서 세로줄을 ( )이라 하며 ( )족부터 ( )족까지 있다. 같은 족에 속하는 원소들을 ( )라 하며, 이들끼리는 화학적 성질이 비슷하다. ex) 알칼리 금속( 족), 알칼리 토금속( 족), 할로젠 원소( 족), 비활성 기체( 족) ② 금속과 비금속 원소 ▶ 금속 - ( )과 ( )가 잘 통하는 물질 - 대체로 주기율표의 왼쪽에 배치 - 실온에서 대부분 ( ) 상태 (예외: 수은) ▶ 비금속 - ( )과 ( )가 통하지 않거나 거의 통하지 않는 물질 - 대체로 주기율표의 오른쪽에 배치 - 실온에서 대부분 ( ) 또는 ( ) 상태 (예외: 브로민) ▶ 준금속 : 금속과 비금속의 중간 성질을 띠는 물질 <참고> 원자의 구성 입자 원자 원자핵 양성자 위쿼크 2개, 아래쿼크 1개 상대 전하량 +1 중성자 위쿼크 1개, 아래쿼크 2개 상대 전하량 0 전자 상대 전하량 -1 ➜ 중성 원자에서 양성자 수와 전자 수는 같다. ➜ 양성자 수는 원소의 종류에 따라 다르다.

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▪ 원소들의 주기성

✍ 탐구 (교과서 32쪽)

1. 물기 없는 유리판 위에 리튬을 올려놓고 칼로 자르면서 단단한 정도와 단면의 색 변화를 관찰한다. 2. 비커에 물을 정도 넣고 페놀프탈레인 용액을 1~2방울 떨어뜨린다. 3. 좁쌀 크기의 리튬 조각을 비커에 넣은 후 리튬이 물과 반응하는 모습과 용액의 색 변화를 관찰한다. 4. 나트륨과 칼륨을 사용하여 과정 1~3을 반복한다. 알칼리 금속 리튬 나트륨 칼륨 과정1 단단한 정도 단면의 색 변화 과정3 물과 반응하는 모습 용액의 색 변화

▶ 리튬, 나트륨, 칼륨의 공통적인 성질을 설명해 보자. ➜ < 현대의 주기율표 >

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< 음이온의 형성 > < 양이온의 형성 > ① 공통적인 성질을 가지는 원소들 < 알칼리 금속 > < 할로젠 원소 > ▶ ( ) : 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K) 등 - 모두 실온에서 고체 상태이며, 다른 금속에 비해 밀도가 작다. - 칼에 잘릴 정도로 무르다. - 반응성이 매우 커서 공기 중에서 쉽게 산소와 반응하여 광택을 잃는다. - 실온에서 물과 격렬하게 반응한다. - 전자를 잃어 ( )가 양이온이 되기 쉽다. - 원자 번호가 증가할수록 녹는점과 끓는점은 낮아지고, 반응성은 커진다. - 특유의 불꽃 반응색을 나타낸다. (리튬: 색, 나트륨: 색, 칼륨: 색) ▶ ( ) : 플루오린(F), 염소(Cl), 브로민(Br), 아이오딘(I) 등 - 실온에서 플루오린과 염소는 기체, 브로민은 액체, 아이오딘은 고체 상태이다. - 모두 비금속이고, 염소는 (   )색, 브로민은 ( )색, 아이오딘은 ( )색을 띠고 있다. - 알칼리 금속이나 수소와 잘 반응한다. ex) 염소는 나트륨과 격렬하게 반응하여 흰색 고체인 염화 나트륨을 생성한다. - 전자를 얻어 ( )가 음이온이 되기 쉽다. - 원자 번호가 증가할수록 녹는점과 끓는점이 높아지고, 반응성이 작아진다.

▶ ( ) : 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) - 반응성이 매우 작아 다른 원소와 거의 반응하지 않는다. ▪ 원소들의 주기성이 나타나는 까닭 ① 원자의 구조 ▶ 원자핵 : 양전하를 띠며 원자의 중심에 있다. ↳ 양성자 : 양전하를 띤다. ↳ 중성자 : 전하를 띠지 않는다. ▶ 전자 : 음전하를 띠며 원자핵 주위를 돌고 있다. ⇒ 원자 번호 = (     ) 수 = 중성 원자의 ( ) 수 < 리튬(Li)의 원자 구조 >

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② 보어의 원자 모형 (1913년) ▶ 원자핵 주위의 전자가 특정한 에너지 준위의 궤도를 따라 운동한다고 제안 ▶ ( ) : 전자가 운동 하는 궤도 - 원자핵에 가까운 전자 껍질부터 차례로 전자 배치 - 각 전자 껍질에 최대로 배치될 수 있는 전자의 수는 정해져 있다. - 첫 번째 전자 껍질에 ( )개, 두 번째 전자 껍질에 ( )개 ③ 보어의 원자 모형에 따른 전자 배치 ▶ 수소, 탄소, 마그네슘의 전자 배치 ▶ 원자 번호 1~18번까지 원자의 전자 배치 ➜ 같은 ( ) 원소들은 전자가 들어 있는 전자 껍질 수가 같다. ➜ 같은 ( ) 원소들은 가장 바깥 껍질에 들어 있는 전자 수가 같다. ④ 원자가 전자 : 원자를 구성하는 전자 중 가장 바깥 쪽 전자 껍질에 있으면서 화학 반응에 참여하는 전자 ▶ 같은 족에 속하는 원소들은 ( )가 같다. ➜ 1족 ( )개, 2족 ( )개, 13족 ( )개, 16족 ( )개, 17족 ( )개, 18족 ( )개 ➜ 화학 반응이 일어날 때 원자가 전자가 반응에 관여하기 때문에 원자가 전자 수는 원소의 성질을 결정하는 데 중요한 역할을 한다. ⇒ 같은 족에 속하는 원소는 ( )이 비슷하다. 원소 수소 탄소 마그네슘 원자 번호 양성자 수 전자 수 원자 모형

참조

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