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완전연소와 불완전연소는 어떻게 다른가요?
연소 중에서 완전연소와 불완전연소의 차이는 본질적으로 산소 공급량과 반응 조건에 의해 결정됩니다. 말씀하신 것처럼 연소란 물질이 산소와 결합하며 열과 빛을 방출하는 산화 반응인데, 이때 충분한 산소가 공급되면 완전연소, 산소가 부족하거나 반응 조건이 불리하면 불완전연소가 일어나게 됩니다.완전연소는 산소(O₂)가 충분히 공급되고, 연소 반응이 잘 일어날 수 있는 온도와 혼합 상태가 유지될 때 발생하는데요, 탄소계 물질은 주로 이산화탄소(CO₂)와 물(H₂O)을 생성하게 됩니다.다음으로 불완전연소는 산소가 충분히 공급되지 않거나, 불꽃 내부처럼 산소 확산이 제한된 영역이 존재하거나, 연소 온도가 낮아 반응이 완전히 진행되지 못하는 경우에 발생합니다. 생성물로는 일산화탄소(CO), 탄소(그을음, C), 또는 미연소된 탄화수소가 있습니다. 즉 완전연소와 불완전연소를 가르는 가장 핵심적인 조건은 산소양인데요, 산소가 충분하지 않으면 완전 산화(CO₂)까지 못 가고 중간 산화물(CO)이나 탄소가 남게 됩니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.03
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남자들은 하나의 생각에 꽂히면, 왜 다른 생각을 하기 어려운건가요?
“남자는 하나에 꽂히면 다른 생각을 하기 어렵다”, “여자는 멀티태스킹이 잘 된다”라는 이야기는 흔히 들을 수 있는데요, 과학적으로는 이게 두뇌의 구조 차이 때문이라기보다는, 개인의 성향·환경·사회적 기대가 복합적으로 작용한 결과라고 볼 수 있을 것 같습니다. 과거에는 남성 뇌는 특정 영역 간 연결이 강하고, 여성 뇌는 좌·우 반구 사이 연결이 더 발달했다는 연구 결과가 발표된 적이 있지만, 최근 뇌과학에서는 이런 해석을 과장된 일반화라고 봅니다. 실제로는 남녀 간 차이보다 개인차가 훨씬 크며, “남자는 단일 집중형, 여자는 다중 처리형”이라고 딱 잘라 말할 수는 없습니다. 즉, 뇌 구조만으로 사고 방식의 차이를 설명하기는 어렵다는 것이 현재 주류 입장입니다.아무래도 어릴 때부터 남아는 한 가지 일에 몰입하는 것이 긍정적으로 평가되고, 여아는 동시에 여러 일을 잘 처리하는 ‘돌봄 역할’을 훈련받는 경우가 많은데요, 이런 경험이 성인이 된 후에도 사고방식에 영향을 줍니다. 또한 호르몬이 뇌의 신경전달물질 활동에 영향을 줄 수 있어, 집중력이나 주의 전환 방식에 미묘한 차이를 주기도 하지만, 이것도 개인차가 크고 단일 요인으로 설명하기는 어렵습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.03
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세균은 어떤 종류의 광합성 색소를 가지고 있나요?
네, 맞습니다. 세균의 광합성 색소는 우리가 흔히 식물에서 보는 엽록소와는 구조와 종류가 다르며, 세균의 광합성 방식에 따라 다양하게 존재합니다. 말씀하신 것처럼, 남세균을 제외한 대부분의 세균은 엽록소 a를 갖고 있지 않습니다.남세균은 엽록체의 조상으로 여겨지는데요, 엽록소 a와 엽록소 b 또는 카로티노이드, 피코빌리단 단백질을 사용합니다. 하지만 남세균을 제외한 그린 황세균, 퍼플 세균, 녹황세균 등은 엽록소 대신 세균형 엽록소를 사용합니다. 이들 세균은 엽록소 a처럼 빛을 흡수하지만, 흡수 파장 범위가 달라 식물이 이용하지 못하는 적색광~적외선 영역의 빛까지 흡수 가능하며 산소를 생성하지 않고 전자를 공급하기 위해 황화수소(H₂S)나 유기물을 전자공여체로 사용한다는 특징이 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.03
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드라이아이스가 승화할 때 나는 흰색 연기는 무엇인가요?
드라이아이스는 고체 이산화탄소(CO₂)로, 상온이나 상압에서 액체 상태를 거치지 않고 바로 기체로 변하는 승화 현상을 겪는데요, 이때 나오는 이산화탄소 기체 자체는 무색, 무취이기 때문에, 눈에 보이는 흰색은 사실 이산화탄소가 아니라 주변 공기와 수분이 만들어내는 결과라고 볼 수 있습니다.드라이아이스가 승화하면서 표면이 매우 빠르게 냉각되는데요 그 결과, 주변 공기 속 수증기가 급격히 냉각 및 응결하여 미세한 물방울을 형성합니다. 이 미세한 물방울이 빛을 산란시키면서 우리가 보는 것처럼 흰색 안개 같은 연기로 보이게 되는 것이며 따라서, 드라이아이스의 흰색 연기는 마치 겨울철에 입김이 보이는 원리와 비슷합니다. 말씀해주신 것처럼 드라이아이스에 물을 부으면, 물이 드라이아이스 표면을 더 빨리 가열하여 승화 속도를 급격히 높이는데요, 동시에 따뜻한 물의 수증기 양이 많아지면서, 냉각된 CO₂ 기체와 만나 더 많은 수증기가 응결하여 흰 연기가 대량으로 발생하는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.03
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수소연료 전지와 기존의 이 차 전지와의 기술적 수준
수소연료전지는 수소(H₂)와 산소(O₂)의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생산하는 방식인데요, 이때 연소 과정이 아닌 전기화학적 반응으로 에너지를 얻기 때문에, 부산물은 물(H₂O)이 전부라서 친환경적입니다. 또한 단위 질량당 에너지 밀도가 수소는 매우 높기 때문에 같은 무게라면 리튬이온전지보다 더 많은 에너지를 저장할 수 있어, 장거리 운행이 용이합니다. 게다가 연료전지는 연속적으로 수소를 공급받으면 전기를 끊임없이 생산할 수 있으므로 따라서 버스나 트럭, 선박, 기차 등의 대형 차량에 유리합니다.반면 기존 이차 전지의 경우 이미 전력망이 전 세계에 깔려 있어 전기차 충전소 설치가 상대적으로 쉽습니다. 하지만 수소는 충전소 인프라 구축 비용이 매우 높습니다. 또한 리튬이온전지는 전력 변환 효율이 약 90% 이상으로 매우 높은데요, 이에 반해 수소연료전지는 생산–저장–이송 과정까지 고려하면 30~40% 정도로 낮습니다. 즉 수소연료전지의 경우 수소 생산, 저장,운송 비용이 높고, 충전소 인프라 부족이 큰 걸림돌입니다. 현재는 주로 "그린 수소"(재생에너지 기반 전기분해)보다는 "그레이 수소"(천연가스 개질) 방식이 많아, 환경적 순기능이 완전히 발휘되지 못하고 있습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.03
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기후 변화로 해양 산성화가 가속됨에 따라 조개류와 산호 생태계가 받는 피해
네, 말씀해주신 것처럼 해양 산성화는 대기 중의 이산화탄소(CO₂)가 해수에 녹아 탄산(H₂CO₃)을 형성하고, 이것이 해수의 pH를 낮추며 동시에 탄산칼슘(CaCO₃) 형성에 필요한 탄산이온(CO₃²⁻) 농도를 감소시키는 현상인데요, 조개류와 산호는 몸을 지탱하거나 보호하기 위해 탄산칼슘으로 껍질과 골격을 만들기 때문에 이 변화에 직접적으로 큰 피해를 받습니다.조개, 홍합, 굴 등은 Ca²⁺와 CO₃²⁻을 이용해 껍질을 만드는데요, 그러나 산성화가 진행되면 CO₃²⁻ 농도가 줄어 껍질 형성이 느려지거나 불완전하게 됩니다. 이때 어린 조개나 유생은 껍질이 얇아 산성화된 바닷물에서 쉽게 녹게되며 이는 초기 생존률을 급격히 낮춥니다. 또한 껍질 형성에 더 많은 에너지를 써야 하기 때문에 성장 속도가 느려지고, 번식 능력도 떨어지게 됩니다.다음으로 산호는 아라곤이트 형태의 CaCO₃를 분비하여 집단적으로 산호초를 형성하는데요, 산성화가 심해지면 이 골격 형성이 저해되어 산호초가 약해지고 쉽게 부서집니다. 산성화는 직접적으로 백화를 일으키지는 않지만, 고온 스트레스와 겹치면 산호가 공생조류를 유지하기 힘들어 백화가 더 빨리 진행되며, 산호초 붕괴는 어류, 무척추동물 등 다양한 종의 서식처 상실로 이어져 해양 생태계 전반의 붕괴를 초래할 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.03
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해양 탐사에서 심해 생물이 극한 환경에서도 생존할 수 있는 생물학적 원리
네, 맞습니다. 말씀하신 대로 심해는 빛이 닿지 않고, 압력은 수백 기압에 달하며, 온도는 거의 0도에 가까운 극한 환경이지만, 그곳에서도 다양한 생물이 살아가고 있는데요 심해에서는 수심 1,000m마다 대기압의 약 100배에 해당하는 압력이 가해집니다. 대부분의 생물에게는 단백질이 변성되고 세포막이 뭉개지는 환경이지만, 심해 생물들은 여러 방법을 통해 이러한 척박한 환경에 적응했습니다.우선 세포막을 구성하는 인지질에 불포화지방산이 풍부하여 막이 딱딱해지지 않고 유연성을 유지하며, 고압에서도 단백질이 제 기능을 유지할 수 있도록 구조적으로 안정적인 단백질을 진화시켰습니다. 또한 고압으로 인한 단백질 변성을 막아주는 화합물을 축적하는데요, 특히 TMAO는 단백질 구조를 안정화해 ‘심해 생물의 냄새’를 내는 성분으로도 유명합니다. 이외에도 심해는 햇빛이 닿지 않기 때문에 대부분의 지역이 거의 0도에 가까운 저온인데요, 낮은 온도에서도 반응 속도를 유지할 수 있도록 구조적으로 유연한 효소를 가지고 있으며, 일부 심해 어류는 체액이 얼지 않도록 특수한 단백질을 만들어 빙결을 억제합니다.마지막으로 심해 1,000m 아래는 태양빛이 도달하지 않는 영광층이기 때문에, 많은 심해 생물은 발광 세균이나 자체 효소 반응을 이용해 빛을 냅니다. 이는 먹이 유인, 포식자 회피, 의사소통 등에 쓰입니다. 또한 일부는 큰 눈을 가져 미약한 빛을 감지하고, 일부는 아예 눈이 퇴화하여 촉각이나 전기 감지 능력에 의존합니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.03
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기후 변화로 사라지는 동물 종이 생태계 균형에 미치는 영향
기후 변화로 인해 특정 동물 종이 멸종하면 단순히 그 종이 사라지는 것에 그치지 않고, 생태계 전체의 균형에 연쇄적인 영향을 미치게 되는데요, 이는 생태계가 서로 얽힌 먹이망과 상호작용으로 유지되기 때문입니다. 구체적인 영향의 예시로는 먹이망 붕괴가 있습니다. 예를 들어 기후 변화로 곤충이 크게 줄어들면 이를 먹고 사는 새와 양서류가 타격을 받게 되고, 다시 그 새를 먹는 포식자들도 개체 수가 줄어드는 식으로 연쇄적인 먹이 부족 현상이 발생합니다. 특정 종이 사라져도 대체할 다른 종이 없는 경우, 먹이망 전체가 불안정해집니다.또한 생태계 기능이 상실될 수 있습니다. 어떤 동물은 단순히 먹히거나 먹는 역할을 넘어 생태계 서비스를 담당하는데요, 예를 들어 꿀벌은 식물의 꽃가루를 옮겨 수분을 돕고, 비버는 댐을 만들어 습지를 조성하며, 해양의 플랑크톤을 먹는 작은 어류들은 탄소 순환에 중요한 역할을 합니다. 이들이 사라지면 자연스러운 수분, 물순환, 탄소 고정, 토양 비옥화 같은 기능이 약화됩니다.마지막으로 생물 다양성에 악순환이 발생하는데요, 특정 종이 사라지면 그 종에 의존하던 다른 종도 연쇄적으로 줄어들어, 생물 다양성이 감소하게 됩니다. 다양성이 낮아질수록 생태계가 기후 변화나 외부 충격에 견디는 힘이 줄어들어 더 쉽게 붕괴할 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.03
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바이러스 연구에서 BSL-4 등급 실험실이 다른 연구 시설과 다른 점
BSL-4 등급의 실험실은 국제적으로 정의된 생물안전등급 중 가장 높은 수준인데요, 이는 치명률이 높고 백신이나 치료제가 없는 고위험 병원체, 예를 들자면 에볼라바이러스나 라싸열바이러스 등을 연구할 때 사용하는 시설입니다.해당 시설은 BSL-3까지의 조건보다 훨씬 강화된 물리적·운영적 장치가 요구되는데요, 실험실은 다른 공간과 완전히 분리된 독립된 건물 또는 특수 격리 구역 안에 위치하고 있으며 2중 출입구를 통해서만 출입 가능합니다. 또한 실험실 내부는 항상 음압을 유지하여 공기가 외부로 새 나가지 않도록 합니다. 연구자는 전신 양압복 착용을 통해 내부 공기는 외부와 분리되어 안전한 공급원에서 들어오게 되며, 일부 BSL-4 시설에서는 전신 보호복 대신 Class III 생물안전 캐비닛(밀폐형 장갑박스)을 사용하기도 합니다. 또한 연구자는 들어가기 전과 나올 때 반드시 화학 샤워, 에어 샤워, 자외선 소독 절차를 거치게 되며, 실험실에서 사용된 모든 장비와 시료는 반드시 멸균 및 소각 과정을 거쳐 외부로 반출하게 됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.03
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딸기와 같이 기는 줄기는 무엇을 위해 적응한 경우인가요?
맞습니다. 딸기의 줄기는 일반적인 곧게 자라는 줄기와 달리 땅을 기듯이 옆으로 뻗어 나가는 포복경인데요 이는 딸기뿐 아니라 클로버, 땅속딸기, 민들레 일부에서도 볼 수 있는데요, 이처럼 기는 줄기는 단순히 모양이 특이한 것이 아니라, 환경에 적응한 생존한 결과입니다. 이러한 포복경은 여러가지 장점을 가지는데요, 포복경 끝마다 새로운 개체가 뿌리 내리며 독립된 식물로 성장하게 되고, 씨앗을 거치지 않고도 짧은 시간 안에 동일한 유전자를 가진 개체를 넓게 퍼뜨릴 수 있습니다. 이는 씨앗 발아가 불리한 환경, 예를 들자면 토양이 척박하거나 경쟁이 심한 곳에서 유리합니다.또한 땅 위로 옆으로 뻗어가면서 빈 땅을 빠르게 차지하기 때문에 햇빛, 양분, 수분 같은 자원을 다른 식물보다 먼저 선점하여 생태적 우위를 확보할 수 있다는 장점이 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.03
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