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답변 내역

얼음을 빨리 녹이는 방법은 뭐가 있을까요??
얼음을 빨리 녹이는 가장 단순한 방법은 당연히 주변 온도를 높이는 것이지만, 그 외에도 물리적이나 화학적 원리를 이용해 녹는 속도를 크게 앞당길 수 있는 방법들이 있습니다. 우선 얼음 위에 소금을 뿌리면 얼음 표면의 어는점이 낮아지기 때문에 얼음이 더 빨리 녹게 되는데요, 소금이 녹으면서 주변의 액체 물을 끌어내고, 그 결과 얼음이 안정적으로 유지되기 어려워져 빠르게 녹게 됩니다. 실제로 겨울철 도로 제설 작업에 소금을 사용하는 것도 같은 원리입니다.또한 얼음 위에 물을 부어주면 물이 열을 잘 전달하기 때문에 공기 중에 둘 때보다 훨씬 빠르게 녹는데요 이는 물이 열전도율이 공기보다 훨씬 높아서, 주변 환경의 열을 얼음에 효과적으로 전달하기 때문입니다. 그래서 냉동실에서 꺼낸 얼음을 그대로 두는 것보다 물속에 담그는 것이 훨씬 빨리 녹습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.05
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꿀벌이 만드는 꿀은 썩지 않는다고 하는데 그 이유는 무엇인가요?
네, 꿀은 고대 이집트 무덤에서 수천 년이 지나 발견된 것도 여전히 먹을 수 있었을 정도로, 자연에서 거의 부패하지 않는 식품에 해당하는데요 우선 꿀의 수분 함량은 약 17~18%로, 세균이나 곰팡이가 번식하기에 너무 건조한 환경입니다. 대부분의 미생물은 번식하기 위해 20% 이상의 수분을 필요로 하는데, 꿀은 그 이하이므로 증식이 어렵습니다.또한 꿀은 포도당이나 과당과 같은 당 성분이 약 80% 이상을 차지하는데요 이렇게 고농도의 당 용액에서는 삼투압이 매우 강해서, 세균이나 곰팡이 세포 속의 수분이 빠져나가 미생물이 탈수되어 살아남기 힘듭니다. 게다가 꿀은 천연적으로 산성을 띠는데, 이 역시 미생물 성장을 억제하며 대부분의 부패균은 중성(pH 7) 근처에서 잘 자라므로 꿀 속에서는 활동이 어렵습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.05
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지렁이 중에서 몸에 하얗게 밴드처럼 된 부분이 있는 지렁이들도 있던데 밴드처럼 된 부분은 왜 그런건가요?
지렁이 몸에 보이는 하얗게 밴드처럼 불룩한 부분은 지렁이에게 이상이 생긴 것이 아니라, 정상적으로 존재하는 기관인 환대인데요, 이 환대는 지렁이 몸통의 앞쪽, 보통 머리 쪽에서 1/3 정도 지점에 위치하며 다른 마디보다 두껍고 불룩하며, 색이 하얗거나 연한 갈색 또는 분홍색으로 띠처럼 보입니다. 지렁이는 양성생식 동물로 암컷과 수컷 생식기를 모두 가지고 있는데요 환대는 교미와 번식에 중요한 구조로, 점액질을 분비해 교미할 때 서로 몸을 붙잡을 수 있도록 도와줍니다. 교미 후에는 환대에서 점액질 고리가 형성되는데, 여기에 알과 정자가 담겨서 몸 밖으로 빠져나오면서 알주머니를 형성합니다. 이 고치 안에서 새끼 지렁이가 부화하게 됩니다.환대가 있다는 것은 지렁이가 성적으로 성숙한 개체라는 뜻인데요 어릴 때는 환대가 없고, 일정 크기 이상으로 성장하면 환대가 발달합니다. 따라서 환대가 있는 지렁이는 성체, 환대가 없는 지렁이는 아직 미성숙한 개체라고 볼 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.05
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장수, 생명 연장과 관련한 의학 개발은 이루어지고 있는건가요?
인류가 오래 전부터 무병장수를 꿈꾸어 온 만큼 현대 의학과 생명과학에서도 이 주제는 활발하게 연구되고 있는데요 다만 현재까지의 연구 성과를 종합하면, 수명을 무한히 연장하는 것은 사실상 불가능에 가깝지만, 노화 속도를 늦추고 건강 수명을 늘리는 것은 점차 현실화되고 있습니다. 우선 텔로미어 단축, 세포 노화, DNA 손상 축적, 단백질 항상성 붕괴, 미토콘드리아 기능 저하, 염증 반응 증가 등이 노화를 일으키는 주요 요인으로 밝혀졌는데요 이를 바탕으로 항노화 연구는 노화 자체를 질병처럼 다루자는 방향으로 발전하고 있습니다.항노화 약물들도 개발되고 있는데요, 예시로 라파마이신은 면역 억제제로 알려졌지만, mTOR 경로를 억제해 동물에서 수명 연장을 보인 약물이며 메트포르민은 원래 당뇨병 치료제지만, 노화 억제 효과와 심혈관계 질환 예방 가능성 때문에 임상 시험이 진행 중입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.05
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화학반응이 진행될 때 엔트로피가 증가하는 방향이 자발적인 이유는?
열역학에서 자발적인 과정이란 외부에서 에너지를 공급하지 않아도 스스로 일어나는 변화를 말하는 것인데요, 이때 엔트로피란 무질서 정도를 나타내는 척도입니다. 즉 엔트로피는 물리학적으로 계의 무질서도 혹은 미시 상태의 가능한 수를 정량화한 개념이기 때문에 계가 가질 수 있는 미시 상태가 많을수록 엔트로피가 큽니다. 따라서 엔트로피는 계가 더 무작위적이고, 예측하기 어려운 상태로 가려는 경향을 나타내는 척도입니다.열역학적으로 자발적 반응이란 외부에서 일이나 에너지를 강제로 공급하지 않아도 자연스럽게 일어나는 반응을 말하는데요, 계와 주위의 엔트로피 합이 증가할 때, 반응은 자발적이며 반대로, 우주의 엔트로피가 감소하는 반응은 외부 에너지를 필요로 하기 때문에 비자발적입니다. 즉, 엔트로피가 증가하는 방향이 자발적이라는 말은 자연적으로 가능한 미시 상태 수가 증가하는 방향으로 진행된다는 의미입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.04
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열역학 3법칙에서 0K보다 낮은 온도로 내려가면 무질서도는 어떻게 되나요?
열역학 3법칙에서 순수한 물질이 0 K에 가까워질수록 내부 원자나 분자의 배치가 하나로 고정되며, 가능한 미시 상태의 수가 1이 되며 이는 완벽한 결정체의 엔트로피는 절대영도(0 K)에서 0이라는 것을 의미합니다.이때 정상적인 물질에서는 내부 에너지를 낮추면 엔트로피도 줄어들고, 온도가 0K에 도달하게 됩니다. 그러나 절대 0 K보다 낮은 온도는 일반적인 의미의 온도로는 존재하지 않습니다. 왜냐하면 엔트로피가 이미 최소값(0)에 도달했기 때문이며 절대 0 K 아래로 내려간다는 것은 고전적인 물리적 의미에서는 불가능합니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.04
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철의 퀴리온도가 무엇인지 그리고 몇도인가요?
말씀하신 퀴리 온도는 자성을 연구할 때 핵심적인 개념인데요, 퀴리 온도는 자성 물질이 강자성체에서 상자성체로 전이되는 임계 온도를 의미하는 것이며 그 이하의 온도에서는 물질 내부의 원자 자기 모멘트들이 일정한 방향으로 정렬되어 강한 자성을 띠지만, 퀴리 온도를 넘어서면 열적 운동이 너무 커져서 정렬이 무너지고, 외부 자기장 하에서만 약한 자성을 보이는 상자성 상태가 됩니다.원자 내 전자의 스핀은 작은 자석처럼 자기 모멘트를 가지는데요, 이때 철이나 니켈, 코발트와 같은 강자성체에서는 인접 원자들의 스핀이 교환 상호작용이라는 양자역학적 힘에 의해 서로 평행으로 정렬되려는 경향을 보입니다. 하지만 온도가 높아지면, 열적 요동이 이 정렬을 방해하는데요, 퀴리 온도에 도달하면, 열적 요동이 교환 상호작용을 이겨 스핀 정렬이 무너지고, 강자성이 사라집니다. 즉, 퀴리 온도는 스핀 정렬을 유지시키는 교환 에너지와 열 운동 에너지의 균형점이라고 보시면 됩니다. 물어보셨던 철(α-Fe, 체심입방구조, bcc)의 퀴리 온도는 약 770 °C (1043 K) 인데요, 이 온도 이상에서는 강자성을 잃고 상자성체로 거동하며 따라서 자석으로 쓰이는 철이 고온에서 자성을 잃는 이유가 바로 퀴리 온도 때문입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.04
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개구리가 생태계에서 중간 포식자로서 수행하는 역할은 무엇일까요?
네, 말씀하신 것처럼 개구리는 생태계에서 중간 포식자로 분류되는데, 이는 먹이사슬에서 최상위 포식자와 1차 소비자(초식동물) 사이에 위치하면서 양쪽 모두와 상호작용하는 중요한 역할을 수행한다는 것입니다. 우선 개구리는 주로 곤충, 거미, 지렁이, 갑각류, 작은 연체동물 등을 먹는데요 모기, 파리 같은 해충의 개체수를 줄여 생태계의 균형을 유지하고 인간 생활에도 이롭게 작용합니다. 또한 수생 곤충 유충을 먹음으로써 수질 환경에도 간접적으로 영향을 주며, 하위 먹이생물의 개체수 폭발을 억제하는 역할을 합니다. 또한 개구리는 뱀, 새(왜가리, 올빼미), 포유류(너구리, 족제비), 심지어 대형 어류나 사람에게까지 잡아먹히는 존재이기 때문에 따라서 에너지와 영양소를 하위 먹이군으로부터 상위 포식자로 전달하는 매개체 역할을 합니다. 특히 양서류는 수생과 육상을 오가며 살아가기 때문에, 수생생태계와 육상생태계를 연결하는 에너지 통로로 기능합니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.04
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산 염기 반응은 흡열반응인 이유가 무엇인가요?
산·염기와 관련된 반응이 항상 같은 열역학적 성격을 보이는 것은 아니지만, 말씀하신 산이나 염기의 해리 반응은 일반적으로 흡열적 성격을 나타내는데요, 해리 반응이란 산이 물에 녹아서 해리되거나 염기가 물에 녹아서 해리되는 반응을 말하는 것입니다. 이 과정에서 분자 내 공유 결합(H–A, O–H)이 끊어지고, 그 대신 용매와의 수소결합이나 이온-쌍 상호작용이 형성됩니다.공유 결합을 끊기 위해서는 결합 해리에너지만큼의 에너지가 필요한데요, 즉, HA → H⁺ + A⁻ 로 가기 위해선 먼저 H–A 결합을 끊어야 하므로, 외부에서 열 에너지가 공급되어야 합니다. 반면에 해리된 이온(H⁺, A⁻ 또는 OH⁻ 등)은 물 분자와 강한 정전기적 상호작용을 하는데요, 이 과정은 일반적으로 발열적입니다. 그러나 전체 과정에서 결합을 끊는 데 드는 에너지가 용매화 과정에서 나오는 에너지보다 더 클 경우, 순반응은 흡열로 나타나는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.04
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OH는 왜 좋은 이탈기가 아닌건가요?
네, 유기화학에서 좋은 이탈기란, 결합이 끊어진 후에 안정한 음이온 또는 중성 분자로 존재할 수 있는 종을 의미하는데요 이 관점에서 –OH는 좋은 이탈기가 되기 어렵습니다.알코올의 –OH기가 그대로 떨어지면 수산화 이온(OH⁻)이 형성되는데요, 이 OH⁻는 강염기(염기성 pKa 기준, H₂O의 pKa ≈ 15.7)이고, 친핵성도 매우 강합니다. 따라서 반응 중간체에서 그냥 분리된 상태로 오래 존재하기 어렵고, 곧바로 다른 전자 부족 부위에 공격하거나, 산성 환경에서는 즉시 양성자(H⁺)를 받아 물(H₂O)로 변하려고 하기 때문에 OH⁻ 자체가 너무 반응성이 크고 불안정하다는 점이 문제입니다.또한 전형적인 좋은 이탈기로는 할로겐 음이온(Cl⁻, Br⁻, I⁻), tosylate(-OTs), mesylate(-OMs) 등이 있는데요, 이들은 음전하를 가지고도 전자 비편재화, 큰 원자 반지름, 약염기성 성질 때문에 상대적으로 안정합니다. 반면 OH⁻는 작은 크기, 높은 전하밀도로 인해 안정성이 매우 떨어집니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.04
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