9급 국가직 공무원 과학 필기 기출문제복원 (2013-07-27)

9급 국가직 공무원 과학
(2013-07-27 기출문제)

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1. 그림 (가)와 (나)는 생명체를 구성하는 물질 중 지질의 종류 두 가지를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. (가)는 친수성 머리와 소수성 꼬리 구조로 되어 있다.
  2. (가)는 피부 밑에 두꺼운 층을 형성하여 몸의 단열재 역할을 한다.
  3. (나)는 글리세롤과 지방산이 펩타이드 결합을 이루면서 연결되어 있다.
  4. (가)는 스테로이드 구조이고, (나)는 중성지방 구조이다.
(정답률: 알수없음)
  • (가)는 친수성 머리와 소수성 꼬리 구조로 되어 있다. 이는 머리 부분이 수분과 상호작용하는 친수성이고, 꼬리 부분이 수분과 상호작용하지 않는 소수성인 성질 때문이다. 이러한 구조는 생명체 내에서 지질이 다양한 역할을 수행할 수 있도록 해준다.
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2. 다음 그림은 안정된 생태계에서 일어나는 물질과 에너지의 이동을 간략하게 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. (가)에 적합한 생태계의 구성 요소는 3차 소비자이다.
  2. 1차 소비자는 태양의 빛에너지를 화학에너지로 전환하여 유기물 형태로 저장한다.
  3. A와 B 중 에너지의 이동을 나타낸 것은 A이다.
  4. 생태계 내에서 최종 소비자 단계로 갈수록 이용 가능한 에너지 양은 증가한다.
(정답률: 82%)
  • 정답은 "A와 B 중 에너지의 이동을 나타낸 것은 A이다." 이다. 그림에서 A는 태양에서 나온 빛에너지가 식물을 통해 화학에너지로 전환되는 과정을 나타내고 있으므로 에너지의 이동을 나타내고 있다. B는 생물체 간의 영양물 이동을 나타내고 있으므로 에너지의 이동을 나타내는 것은 아니다. 따라서 A와 B 중 에너지의 이동을 나타낸 것은 A이다.
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3. 그림 (가)는 인슐린의 합성 및 분비 과정을, (나)는 건강한 사람(A)과 당뇨병 환자(B)를 비교한 것이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 정상 수준 이상으로의 혈당량 증가는 인슐린의 합성 및 분비를 촉진한다.
  2. A에서 인슐린은 포도당의 세포 내 흡수를 촉진시킨다.
  3. B의 경우, 표적세포는 인슐린에 대하여 정상적으로 반응한다.
  4. 간의 경우, 인슐린은 표적세포로 흡수된 포도당의 글리코젠 전환을 촉진한다.
(정답률: 65%)
  • B의 경우, 표적세포는 인슐린에 대하여 정상적으로 반응한다. - 이 설명은 옳지 않습니다. 당뇨병 환자(B)의 경우, 인슐린 저항성으로 인해 표적세포가 인슐린에 대해 정상적으로 반응하지 못하므로 혈당 조절이 어렵습니다.
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4. 다음 그림은 어떤 생물의 체세포 속에 들어 있는 염색체의 상태를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, ㉠, ㉡, ㉢은 같은 형질을 나타내는 데 관여하는 유전자이다)

  1. 이 세포의 핵상은 2n＝8이다.
  2. 이 세포의 염색체 수는 4개이다.
  3. ㉠과 ㉡은 대립 유전자 관계이다.
  4. ㉠과 ㉢의 DNA 염기 서열은 항상 동일하다.
(정답률: 42%)
  • 이 그림은 유전자의 교차작용을 나타내는 것으로, ㉠과 ㉡, ㉢과 ㉣이 각각 같은 염색체에 위치해 있음을 보여준다. 따라서 이 세포의 염색체 수는 4개이다.
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5. 다음 그림은 성염색체에 존재하는 유전자로 인해 나타나는 어떤 유전병에 대한 가계도이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 다른 종류의 변이는 발생하지 않는다)

  1. 이 유전병 유전자는 Y 염색체에 존재한다.
  2. 이 유전병 유전자는 정상 유전자에 대해 우성이다.
  3. 철수 어머니의 이 유전병에 대한 유전자형은 동형 접합이다.
  4. 철수와 정상 여자 사이에서 자녀가 태어났을 때, 모든 아들에서 이 유전병이 나타난다.
(정답률: 50%)
  • 이 유전병 유전자는 정상 유전자에 대해 우성이다. 이유는 첫째, 철수의 아버지와 어머니가 모두 이 유전병을 가지고 있으므로 둘 다 이 유전병 유전자를 가지고 있다. 둘째, 철수의 어머니는 이 유전병을 가지고 있지 않으므로 철수는 이 유전병 유전자를 받은 것이다. 따라서 이 유전병 유전자는 정상 유전자에 대해 우성이다.
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6. 그림 (가)와 같이 일정한 전류 I가 흐르는 무한히 긴 직선 도선으로부터 거리가 r인 점 P에서 자기장의 세기가 B0으로 측정되었다. 일정한 전류 I가 같은 방향으로 흐르는 무한히 긴 두 직선 도선이 그림 (나)와 같이 2r만큼 떨어져 있다. 점 Q에서 자기장의 세기는?

  1. 0
  2. B0
  3. 2B0
  4. 4B0
(정답률: 알수없음)
  • 두 도선에서 만들어지는 자기장은 서로 반대 방향이므로, 두 도선에서 만들어지는 자기장의 크기는 서로 상쇄된다. 따라서 점 Q에서의 자기장의 세기는 오직 도선 하나에서 만들어지는 자기장의 크기인 B0이다. 따라서 정답은 "B0"이다.
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7. 다음 그림은 지레의 받침대로부터 각각 2m, 1m, 3m 떨어져 있는 점 P, Q, R에 질량이 각각 5kg, x, 2kg인 물체가 놓여 평형을 이루고 있는 모습을 나타낸 것이다. x의 값[kg]은? (단, 물체의 크기와 지레의 질량은 무시한다)

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 알수없음)
  • 점 P, Q, R에서 작용하는 힘 Fp, Fq, Fr을 구하면 다음과 같다.

    Fp = 5g
    Fq = xg
    Fr = 2g

    여기서 지레의 평형을 이루기 위해서는 Fp × 2 = Fq × 1 + Fr × 3 이 성립해야 한다. 따라서,

    5g × 2 = xg × 1 + 2g × 3
    10g = xg + 6g
    x = 4

    따라서, x의 값은 4이다.
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8. 그림 (가)와 (나)는 각각 고체의 에너지띠 구조를 나타낸 것으로, 음영 부분은 전자가 채워진 부분을, 흰색 부분은 전자가 채워져 있지 않은 부분을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 보기에서 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • (가)와 (나)는 각각 고체의 에너지띠 구조를 나타내는데, (가)는 금속의 에너지띠 구조를, (나)는 반도체의 에너지띠 구조를 나타낸다. 금속은 전자가 자유롭게 움직일 수 있는 반면, 반도체는 전자가 일부만 채워져 있어서 전자의 이동이 제한된다. 따라서 (가)에서는 전자가 모든 에너지준위를 채우고 있어서 전자가 흐를 수 있는 상태이지만, (나)에서는 전자가 채워지지 않은 에너지준위가 존재하기 때문에 전자의 이동이 제한된다. 이에 따라 (가)는 전기전도체이고, (나)는 반도체이다. 따라서 정답은 "ㄱ, ㄷ"이다.
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9. 그림 (가)는 단색광이 입사각 θ0으로 매질 1에서 매질 2로 입사하여 반사와 굴절이 일어난 것을 나타낸 것이고, 그림 (나)는 동일한 단색광이 입사각 θ0으로 매질 1에서 매질 3으로 입사하여 전반사가 일어난 것을 나타낸 것이다. 이 단색광이 매질 1에서 매질 3으로 진행할 때의 임계각을 θ1, 매질 2에서 매질 3으로 진행할 때의 임계각을 θ2라고 할 때, 다음 중 옳은 것은?

  1. θ0 ＞ θ1 ＞ θ2 이다.
  2. θ2 ＞ θ1 ＞ θ0 이다.
  3. θ0 ＞ θ1 이고, θ2 ＞ θ1 이다.
  4. θ1 ＞ θ0 이고, θ1 ＞ θ2 이다.
(정답률: 55%)
  • 그림 (가)에서는 단색광이 매질 1에서 매질 2로 입사하여 굴절과 반사가 일어나고 있습니다. 이때 굴절법칙에 따라 광선의 굴절각은 입사각보다 작아지게 됩니다. 따라서 θ0 ＞ θ1입니다.

    그림 (나)에서는 단색광이 매질 1에서 매질 3으로 입사하여 전반사가 일어나고 있습니다. 이때 전반사가 일어나기 위해서는 광선이 매질 경계면을 일정한 임계각 이상으로 비스듬하게 입사해야 합니다. 이 임계각을 임계각이라고 하는데, 이 값은 매질의 굴절률에 따라 달라집니다. 따라서 매질 1에서 매질 3으로 진행할 때의 임계각 θ1은 매질 1과 매질 3의 굴절률에 따라 결정됩니다.

    마지막으로, 매질 2에서 매질 3으로 진행할 때의 임계각 θ2는 그림 (가)와 그림 (나)에서 모두 나타나는 매질 경계면에서의 전반사와 관련이 있습니다. 이때도 전반사가 일어나기 위해서는 광선이 일정한 임계각 이상으로 비스듬하게 입사해야 합니다. 따라서 매질 2에서 매질 3으로 진행할 때의 임계각 θ2는 매질 2와 매질 3의 굴절률에 따라 결정됩니다. 그러나 매질 2와 매질 3의 굴절률은 매질 1과 매질 2의 굴절률보다 작거나 같기 때문에, θ2 ＞ θ1입니다. 따라서 정답은 "θ0 ＞ θ1 이고, θ2 ＞ θ1 이다."입니다.
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10. 다음은 동일 직선 상에서 운동하는 물체 A, B의 충돌 전후의 위치를 시간에 따라 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 보기에서 옳은 것만을 모두 고른 것은? (단, A와 B에 외부의 힘은 작용하지 않는다)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - ㄱ: 운동량 보존 법칙에 따라, 충돌 전후의 운동량은 일정하므로, A와 B의 운동량의 합은 충돌 전후로도 동일하다. 따라서, A와 B의 위치가 서로 바뀌었으므로, A와 B는 탄성 충돌을 한 것이다.
    - ㄴ: 운동 에너지 보존 법칙에 따라, 충돌 전후의 운동 에너지는 일정하므로, A와 B의 속도의 제곱의 합은 충돌 전후로도 동일하다. 그러나, A와 B의 속도의 방향이 바뀌었으므로, A와 B는 탄성 충돌을 한 것이다.
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11. 다음 그림은 동일한 지진에 대하여 서로 다른 관측소 A와 B에서 관측한 지진 기록을 나타낸 것이다. P, S는 P파와 S파가 도착한 시각이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 진원에서 A, B 두 지점까지 거리 이외의 물리적 조건은 모두 같다)

  1. 규모는 A에서가 B에서보다 더 크다.
  2. 진도는 A에서가 B에서보다 더 크다.
  3. PS시는 A에서가 B에서보다 더 길다.
  4. 진원까지의 거리는 A가 B보다 더 멀다.
(정답률: 알수없음)
  • 진도는 지진의 진폭과 관련된 것으로, 지진의 진폭은 지진의 진원에서 멀어질수록 감소하게 된다. 따라서 A와 B 지점 중 A가 B보다 지진의 진원에서 더 가까우므로 A에서의 진도가 더 크다고 할 수 있다.
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12. 다음 그림은 우리나라에 영향을 미치는 서로 다른 저기압 A와 B를 나타낸 지상 일기도이다. 이에 대한 설명으로 보기에서 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 39%)
  • - 저기압 A는 중심에서 바람이 시계방향으로 불고, 저기압 B는 중심에서 바람이 반시계방향으로 불기 때문에 "ㄱ"이 맞다.
    - 저기압 A와 B는 서로 다른 위치에 있기 때문에 상호작용이 없고, 따라서 "ㄹ"은 틀린 설명이다.
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13. 다음 그림은 어느 날 우리나라에서 남중한 달의 모습을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 이날은 음력 7~8일경이다.
  2. 다음 날에 달의 밝은 부분의 면적은 더 커진다.
  3. 새벽녘에 이 달은 서쪽 하늘에서 관측할 수 있다.
  4. 다음 날 같은 시각에 관측한 달은 이날보다 동쪽에 위치한다.
(정답률: 알수없음)
  • 이 그림은 남중한 달의 모습을 보여주고 있으므로, 이날은 달이 정오에 천정에 위치한 시간이다. 따라서 이날은 음력 15일이 아니라 음력 1일이다. 따라서 "이날은 음력 7~8일경이다."는 옳지 않은 설명이다.

    새벽녘에 이 달은 서쪽 하늘에서 관측할 수 있는 이유는, 이 그림에서 달이 지평선 아래에 있기 때문이다. 즉, 이 그림은 달이 지는 시간에 관측한 것이므로, 달은 서쪽 하늘에서 관측할 수 있다. 따라서 "새벽녘에 이 달은 서쪽 하늘에서 관측할 수 있다."는 옳은 설명이다.

    다음 날에 달의 밝은 부분의 면적이 더 커진다는 것은, 이 그림에서 달이 차오르는 상태이기 때문이다. 따라서 "다음 날에 달의 밝은 부분의 면적은 더 커진다."는 옳은 설명이다.

    다음 날 같은 시각에 관측한 달이 이날보다 동쪽에 위치한다는 것은, 이 그림에서 달이 서쪽 하늘에 있기 때문이다. 따라서 "다음 날 같은 시각에 관측한 달은 이날보다 동쪽에 위치한다."는 옳은 설명이다.

    따라서 정답은 "이날은 음력 7~8일경이다."이다.
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14. 다음은 원시 지구의 진화 과정을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. A 시기에 맨틀과 핵이 분리되었다.
  2. B 시기에 성층권에서는 오존층이 형성되었다.
  3. C 시기의 대기 중 이산화탄소의 양은 현재와 같아졌다.
  4. A 시기보다 C 시기에 지구 중심부의 밀도가 더 크다.
(정답률: 알수없음)
  • A 시기에 맨틀과 핵이 분리되면서 지구 중심부의 밀도가 적어졌고, 이후 지구 내부에서 높은 압력과 온도로 인해 철과 니켈 등의 물질이 중심부로 모여 밀도가 증가하게 되었다. 따라서 A 시기보다 C 시기에 지구 중심부의 밀도가 더 크다.
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15. 다음은 어느 항성 주위를 타원 궤도로 공전하는 한 행성의 시간에 따른 공전 속도를 나타낸 것이다. 최대 공전 속도가 되는 두 시점 A와 B 사이의 시간 간격은 64년이다. 이 행성에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 항성의 질량은 태양과 같고, 행성의 질량은 항성에 비해 매우 작다고 가정한다)

  1. 공전 궤도 긴반지름은 16AU이다.
  2. A와 B는 원일점을 통과하는 때이다.
  3. 항성은 행성 공전 궤도면의 중심에 있다.
  4. 1년 동안 지나간 궤도 면적은 전체 궤도 면적의 1/32이다.
(정답률: 알수없음)
  • 행성의 공전 속도는 태양과의 거리에 따라 변하므로, 공전 궤도 긴반지름이 클수록 공전 속도가 느려진다. 따라서, 최대 공전 속도가 되는 시점 A와 B는 공전 궤도 긴반지름이 가장 작은 지점과 가장 큰 지점이다. 이 때, 두 지점 사이의 거리는 공전 궤도 긴반지름의 2배이므로, 2a = 32AU이다. 따라서, a = 16AU이다. 따라서, "공전 궤도 긴반지름은 16AU이다."가 옳은 설명이다.
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16. 다음은 3가지 화합물 분자의 결합 배열을 간단히 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 비공유 전자쌍과 다중 결합은 표시되지 않았다)

  1. (가), (나), (다) 중 직선형 분자는 단 1개이다.
  2. (가), (나), (다) 모두 다중 결합을 갖는다.
  3. (가), (나), (다) 중 비공유 전자쌍의 개수가 가장 많은 것은 (나)이다.
  4. 결합각 α, β, γ의 크기는 모두 같다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "(가), (나), (다) 중 직선형 분자는 단 1개이다." 이유는 다음과 같다.

    - (가)는 삼각피라미드 형태로, (나)는 삼각평면 형태로 분자 구조가 결합되어 있기 때문에 직선형 분자가 아니다.
    - (다)는 직선형 분자이지만, (가)와 (나)처럼 다중 결합을 갖는다.

    따라서, (가), (나), (다) 중 직선형 분자는 (다) 하나뿐이다.
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17. 다음은 NH3와 BF3가 반응하여 NH3BF3를 생성하는 반응식이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. NH3는 삼각뿔 모양의 분자이다.
  2. NH3BF3에서 B는 옥텟 규칙을 만족한다.
  3. NH3BF3에는 B와 N 간의 공유 결합이 존재한다.
  4. NH3BF3에서 결합각 ∠(F-B-F)는 120°이다.
(정답률: 70%)
  • "NH3BF3에는 B와 N 간의 공유 결합이 존재한다."가 옳지 않은 설명이다. NH3BF3는 이온결합체로, BF3 분자와 NH3 분자가 이온결합을 이루어 생성된다. 이에 따라 B와 N 간의 공유 결합은 존재하지 않는다. 결합각 ∠(F-B-F)가 120°인 이유는 BF3 분자가 평면삼각형 형태이기 때문에, NH3 분자가 BF3 분자의 중앙에 위치하면서 F 원자들이 서로 동일한 각도로 배치되기 때문이다.
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18. 다음은 이산화황(SO2)이 반응물로 참여하는 3가지 화학 반응식이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. (가)에서 SO2가 환원된다.
  2. (나)에서 a＋b＝4이다.
  3. (나)에서 SO2가 산화제로 작용한다.
  4. (다)에서 SO2가 H2O를 환원시킨다.
(정답률: 알수없음)
  • "(나)에서 SO2가 산화제로 작용한다." 이유는 SO2 분자가 산화되어 SO42- 이온으로 변하면서 전자를 잃게 되는데, 이는 다른 물질에게 전자를 주는 산화제의 역할을 하기 때문입니다. 따라서 SO2는 이 반응에서 산화제로 작용하게 됩니다.
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19. 다음은 탄소(C)와 수소(H)만으로 구성된 화합물 X의 실험식을 구하는 과정이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, H, C, O의 원자량은 각각 1, 12, 16이다)

  1. 생성된 CO2와 H2O의 몰수 비는 1:2이다.
  2. (가)에서 연소에 소모된 산소의 질량은 240mg이다.
  3. CaCl2를 채운 관과 NaOH를 채운 관의 위치를 맞바꿔도 실험 결과는 동일하다.
  4. X의 실험식은 CH2이다.
(정답률: 알수없음)
  • 화합물 X는 탄소와 수소만으로 구성되어 있으므로, X의 분자량은 탄소 원자량 12에 수소 원자량 1을 더한 13이다. 따라서, 1몰의 X 질량은 13g이다.

    실험에서는 X를 연소시켜 CO2와 H2O를 생성하였다. CO2와 H2O의 몰수 비는 1:2이므로, 생성된 CO2의 몰수는 0.02몰이고, H2O의 몰수는 0.04몰이다.

    CO2의 질량은 몰수와 분자량을 곱한 값으로 계산할 수 있다. CO2의 분자량은 탄소 원자량 12에 산소 원자량 16을 더한 44이다. 따라서, CO2의 질량은 0.02몰 × 44g/mol = 0.88g이다.

    H2O의 질량도 마찬가지로 계산할 수 있다. H2O의 분자량은 수소 원자량 1에 산소 원자량 16을 더한 18이다. 따라서, H2O의 질량은 0.04몰 × 18g/mol = 0.72g이다.

    연소 전과 후의 CaCl2를 채운 관의 무게 차이는 연소에 소모된 산소의 질량과 같다. 따라서, 연소에 소모된 산소의 질량은 0.24g 또는 240mg이다.

    따라서, 정답은 "(가)에서 연소에 소모된 산소의 질량은 240mg이다."이다.
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20. 다음은 수소 원자에서 주양자수(n)가 ni에서 ni＋1로 증가하는 전자 전이(Δn＝＋1)가 일어날 때 흡수되는 에너지 ΔE를 에 따라 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. a 값은 수소 원자의 이온화 에너지에 해당한다.
  2. a 값은 b 값의 5배보다 더 크다.
  3. c 값은 가시광선의 에너지에 해당한다.
  4. b와 c 사이의 ΔE 값을 가지면서, Δn＝＋1인 전자 전이가 수소 원자에는 존재하지 않는다.
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 그래프는 수소 원자에서 전자가 ni에서 ni＋1로 증가하는 전자 전이(Δn＝＋1)가 일어날 때 흡수되는 에너지 ΔE를 나타낸 것이다. 이 그래프에서 a 값은 이온화 에너지에 해당하며, 수소 원자에서 전자가 완전히 제거되기 위해 필요한 최소 에너지를 의미한다. 따라서 a 값은 b 값보다 훨씬 크다. 이유는 b 값은 수소 원자에서 전자가 n=2에서 n=3으로 이동할 때 흡수되는 에너지를 나타내는데, 이는 이온화 에너지보다 훨씬 작기 때문이다. 따라서 a 값은 b 값의 5배보다 더 크다는 설명이 옳다.
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