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용해도 평형에서 공통이온 효과가 용해도에 어떠한 영향을 미치나요?
안녕하세요. 용해도 평형에서 공통이온 효과가 용해도에 미치는 영향을 설명드리자면 우선 금속 이온과 음이온이 결합된 염이 물에 녹으면, 고체 상태의 격자가 해리되면서 이온으로 분리되어 용해 평형을 이룹니다. 그런데 만약 용액에 이미 동일한 음이온이 다른 화합물로부터 해리되어 존재하고 있다면 이 상황에서 평형식이 따르는 평형상수 값은 일정하기 때문에 실제로 녹아 있는 양 즉, 용해도가 줄어드는 것입니다. 이 현상을 공통이온 효과라고 하며, 르샤틀리에의 원리로도 설명할 수 있는데요, 즉 평형에 이미 존재하는 이온을 추가하면 평형이 고체 쪽으로 이동하여 이온 농도의 증가를 억제하려 하기 때문에, 전체 용해도가 감소하게 되는 것입니다. 따라서 공통이온 효과는 용해 평형에서 특정 이온의 농도가 이미 높은 경우 해당 염의 용해를 억제하여 용해도를 낮추는 방향으로 작용하는 것이라고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.14
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온도가 상승하면 반응속도가 증가하는 이유를 분자 충돌 이론으로 어떻게 설명 가능한가요?
안녕하세요. 화학 반응은 반응 입자들이 서로 충돌해야만 일어나는데요, 그러나 단순히 충돌한다고 해서 항상 반응이 일어나는 것은 아니며 두가지 조건을 만족해야합니다. 첫번째는 충분한 에너지를 가져야 하는데요, 충돌 시 상대 운동 에너지가 활성화 에너지(Eₐ) 이상이어야 합니다. 두번째는 올바른 방향성을 이루고 있어야 하는데요, 반응에 필요한 결합이 끊어지고 새로 형성될 수 있도록 적절한 분자 배향이 필요하며 즉, 반응 속도는 단위 시간당 유효한 충돌의 횟수에 의해 결정되는 것입니다. 이때 온도를 올리면 입자들의 평균 운동 에너지가 커지는데요, 따라서 분자들이 더 빠르게 움직이고 충돌 횟수가 많아지기 때문에 충돌 횟수 증가 자체가 반응 속도를 높이는 요인이 되는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.14
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반응이 자발적으로 일어나기 위해서 자유에너지 변화가 음수여야 하는데 엔트로피가 양수인 경우 왜 유리하나요?
안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 화학 반응이 자발적으로 일어나기 위한 조건은 깁스 자유에너지 변화(ΔG) 가 음수가 되는 것인데요, 이때 ΔG = ΔH - TΔS라는 식을 만족하게 됩니다. 여기서 ΔH는 엔탈피 변화로 반응 시 흡수 또는 방출되는 열 에너지를 나타내고, ΔS는 엔트로피 변화로 무질서도의 변화를 말하는 것입니다. 이때 ΔS가 양수이면 −TΔS 항이 음수가 되는데요 즉, 자유에너지 식에서 ΔG를 낮추는 방향으로 기여하기 때문에, 반응이 자발적으로 진행될 가능성이 높아집니다. 또한 물리적으로 이해했을 때 엔트로피가 양수라는 것은 반응 후 상태가 더 무질서하고, 통계적으로 더 많은 미시적 배열 가능성을 갖는다는 의미입니다. 자연은 이러한 더 많은 배치 가능성을 가지는 방향, 즉 무질서도가 증가하는 방향으로 가는 경향이 있으므로, 자발성이 강화됩니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.14
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수경재배가 토양 재배와 다른 장점은 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 수경재배란 토양을 사용하지 않고 영양분이 녹아 있는 물 용액을 통해 식물을 기르는 방식인데, 최근에는 스마트팜이나 도시농업에서 널리 활용되고 있습니다. 토양에서는 영양분의 양, pH, 미네랄 균형이 지역과 계절에 따라 달라질 수 있는데요, 하지만 수경재배에서는 영양액의 농도, 비율, pH를 인위적으로 조절할 수 있어, 식물이 필요로 하는 최적 조건을 항상 유지할 수 있습니다. 그 결과 성장 속도가 빠르고 품질이 균일해진다는 장점이 있습니다. 또한 영양분이 뿌리까지 직접 전달되기 때문에 식물은 토양에서 양분을 찾는 데 에너지를 덜 쓰고, 광합성·생장에 더 많은 에너지를 집중할 수 있으며 이로 인해 성장이 빠르고 수확량도 토양 재배보다 높아질 수 있습니다.이외에도 수경재배는 토양이 필요 없으므로 건물 옥상, 실내, 컨테이너, 사막 지역 등에서도 설치 가능한데요, 수직 재배와 결합하면 같은 면적에서 더 많은 작물을 재배할 수 있어 도시형 농업에 유리하기 때문에 널리 활용되고 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.14
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근육이 잘 붙는 것은 어떤 유전자때문인가요?
안녕하세요. 질문해주신 근육이 잘 발달하는 성향은 단순히 운동량 때문만이 아니라, 유전자적 차이가 크게 작용하는 요인입니다. 근육 발달과 관련된 주된 유전자로는 MSTN이 있는데요, 이는 근육이 지나치게 커지는 것을 막는 단백질을 만드는 유전자로, MSTN 기능이 약하거나 변이가 생기면 억제가 풀려서 근육이 쉽게 붙고, 마이오스타틴 결핍이라고 부릅니다. 실제로 이 변이는 벨지안 블루 소 같은 더블 머슬 품종에서 관찰됩니다. 다음으로 ACTN3라는 유전자가 있는데요, 이는 빠른 수축 근섬유의 기능에 중요한 단백질을 만드는 유전자이며 ACTN3 유전자가 정상적으로 발현되면 폭발적인 힘과 속도에 유리하고, 변이가 있으면 속근 발달이 약하고 지구력형 근육에 더 적합해집니다. 즉 야생동물의 경우 MSTN 억제 효과와 같은 자연적 유전자 조합 때문에 기본적으로 근육량이 많은 것이라고 볼 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.14
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조화객관환원이론에 대해서 어떻게 생각하시나요
안녕하세요. 말씀해주신 조화 객관 환원 이론은 로저 펜로즈와 스튜어트 해머로프가 제안한 의식 이론으로, 뇌에서 의식이 단순한 신경 신호 처리의 산물이 아니라 양자역학적 현상, 특히 미세소관 안에서 일어나는 양자 중첩과 그 붕괴에 의해 생긴다고 설명하는 이론입니다. 이는 의식은 단순한 뉴런 네트워크 계산 결과가 아니라, 양자 중첩, 붕괴, 패턴 형성의 과정을 통해 순간순간 발생한다는 해석을 제시하는데요 우선 과학계에서 이 이론은 주류가 아닙니다. 우선 뇌는 따뜻하고 습한 환경이라 양자 상태가 매우 쉽게 붕괴되는데, 수십~수백 밀리초 단위로 안정된 양자 중첩이 유지될 수 있을지 의문이 제기되고 있으며, 기존의 신경과학 연구는 의식을 설명하는 데에 꼭 양자 현상을 필요로 하지 않아도 충분히 설명 가능한 모델을 가지고 있기 때문입니다. 하지만 최근 미세소관이 단순한 세포 구조 지지대 역할을 넘어서, 신경세포 내에서 신호 처리와 동기화에 관여할 수 있다는 연구들이 조금씩 나오고 있긴 합니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.14
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유전자 치료가 기존 치료법과 다른 점은 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것처럼 미래의 바이오기술로 각광받고 있는 유전자 치료는 기존 치료법과 근본적으로 접근 방식이 다릅니다. 기존 치료법은 주로 질병의 증상이나 결과를 완화하거나 조절하는 데 초점을 맞추었는데요, 예를 들어, 진통제나 항염제와 같은 약물은 이미 나타난 증상을 완화하며, 인슐린 주사나 항생제는 결핍된 물질을 외부에서 보충하여 질병을 조절하지만, 질병의 근본 원인을 해결하지는 못했습니다. 또한 수술적 치료 역시 종양을 제거하거나 장기를 대체하는 방식으로 문제를 해결하지만, 근본적인 유전적 결함을 수정하지는 못합니다. 반면에 유전자 치료는 질병의 근본 원인을 직접적으로 다루는 치료법인데요, 즉 특정 질병의 원인이 되는 결함 유전자나 비정상 유전자를 바로잡거나 정상 유전자를 세포에 전달함으로써 세포 수준에서 질병을 치료하는 것입니다. 즉, 기존 치료법이 증상 완화나 단백질 결핍 보충에 집중했다면, 유전자 치료는 질병의 근본 원인을 수정하여 맞춤형 치료와 장기적인 효과를 제공할 수 있다는 점에서 큰 차이를 나타낸다고 보시면 됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.14
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동핵이원자 분자의 경우 라디칼이 쉽게 형성되는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 이핵이원자보다는 H₂, O₂와 같은 이핵이원자분자에서 라디칼이 상대적으로 쉽게 형성됩니다. 균일분해는 공유결합 전자가 두 원자에게 균등하게 나눠지는 과정인데요, 결과적으로 두 개의 라디칼이 형성됩니다. 이때 동핵이원자 분자는 두 원자의 전기음성도가 같아서 전자쌍이 중앙에 균일하게 분포하게 되는데요, 결합 전자를 나눌 때 어느 한쪽에 치우치지 않고 균등하게 분할 가능하기 때문에 라디칼 형성이 용이합니다. 반면, 이핵이원자 분자는 전기음성도 차이가 존재하기 때문에 전자가 더 전기음성도가 큰 쪽으로 치우칩니다. 이로 인하여 균일분해 시 전자가 균등하게 나누기 어려운 것이며 결합이 극성화되어 균일분해보다 이온 형성 경향이 큰 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.14
5.0
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촉매가 있는 반응과 없는 반응에서 활성화에너지 차이가 반응속도에 영향을 미치는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 촉매가 활성화 에너지를 낮추어 반응 속도를 높이는 이유는 화학 반응의 속도가 전이 상태의 에너지 장벽에 얼마나 민감한가와 관련이 있는데요, 말씀해주신 것과 같이 촉매는 반응물과 상호작용하여 전이 상태까지 가는 경로를 변경합니다. 결과적으로 활성화 에너지(Ea)가 낮아지며, ΔG는 변하지 않기 때문에 반응의 열역학적 평형은 그대로 유지됩니다. 즉 촉매가 존재하지 않아서 활성화 에너지가 높은 경로는 반응물에서 전이 상태까지 넘어야 하는 장벽이 크기 때문에 반응이 느리게 진행되는 것이며, 반면에 촉매가 존재하면 활성화에너지를 낮추는 새로운 전이 상태 경로를 거치면서 장벽이 낮기 때문에 많은 분자가 전이 상태를 넘어 반응이 빨라지는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.14
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다단계 반응이 진행될 때 반응 전체 활성화 에너지는 어떻게 표현할 수 있나요?
안녕하세요. 질문해주신 것과 같이 다단계 반응에서 반응 전체 활성화 에너지를 이해하려면, 각 단계별 전이 상태와 반응물 및 생성물 에너지를 구분해야 하는데요, 우선 단일 단계 반응에서 활성화 에너지(Ea)는 반응물과 전이 상태 사이의 에너지 차이로 정의되며 즉, 반응물에서 전이 상태까지 도달하는 데 필요한 최소 에너지입니다. 반면에 다단계 반응에서는 여러 개의 전이 상태(TS1, TS2, …)와 중간체가 존재하는데요, 이때 다단계 반응에서 전체 속도를 결정하는 단계는 가장 높은 에너지 장벽을 가진 전이 상태입니다. 따라서 반응 전체 활성화 에너지는 가장 큰 단계의 활성화 에너지로 표현됩니다. 즉 즉, 다단계 반응에서도 전체 반응이 얼마나 빨리 진행되는가는 가장 높은 에너지 장벽에 의해 제한된다고 보시면 됩니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.14
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