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동일한 종류의 오비탈에 대해서 원자번호가 커질수록 에너지 준위는 낮아지는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 김지호 전문가입니다.질문하신 동일한 종류의 오비탈, 예를 들어서 2s 오비탈에서 원자번호가 커질수록 에너지 준위가 낮아지는 이유는 핵전하(양성자 수)의 증가와 전자 차폐 효과의 상대적 한계 때문입니다.전자 하나가 실제로 느끼는 핵의 인력은 단순히 핵전하로만 결정되지 않는데요, 내부 전자들이 외부 전자를 어느 정도 차폐하기 때문에, 실제로 느끼는 인력은 줄어듭니다.예를 들어 2s 오비탈에 속한 전자를 생각해 보면 리튬(3), 베릴륨(4), 붕소(5), … 네온(10)으로 갈수록, 핵전하 는 점점 증가합니다. 하지만 차폐효과 는 그만큼 충분히 증가하지 못하는데요, 같은 전자껍질 내 전자들은 서로를 완전히 차폐하지 못하기 때문입니다. 결과적으로, 전자는 점점 더 강한 핵 인력을 느끼게 됩니다.이때 오비탈의 에너지는 전자가 핵으로부터 얼마나 강하게 끌리는가에 의해 결정되는데요, 핵과 가까워지고 인력이 커질수록 전자는 더 안정된 상태에 있게 됩니다. 따라서 동일한 오비탈에 대해서도, 원자번호가 커지면 전자가 핵에 더 강하게 묶여 에너지 준위가 낮아집니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.16
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플라스틱 빨래바구니 여름철에 베란다에 두고 사용해도 되나요?
안녕하세요. 질문해주신 바와 같이 여름철 베란다는 밀폐된 공간일 경우 기온이 40 ~ 60 °C 이상까지 올라갈 수 있기 때문에, 플라스틱 제품의 재질과 열 안정성에 따라 안전성 차이가 발생할 수 있는데요 PP(폴리프로필렌)은 대부분의 빨래바구니, 수납함 등에 사용되는 플라스틱으로 내열 온도는 약 100 ~ 120 °C이며 여름철 베란다 온도에서는 녹거나 변형되지는 않습니다. 따라서일반적인 조건에서는 유해물질이 거의 방출되지 않습니다. 다만, 장시간 직사광선에 노출되면 색이 누렇게 변하거나, 미세 균열이 생기며 미세 플라스틱이 조금씩 떨어질 수 있습니다. 즉, 고온보다는 자외선(UV)이 문제인데요 햇빛이 강한 곳에 오래 두면 재질이 산화되며, 이후 깨지기 쉬워지고 표면이 거칠어집니다.또한 PP는 식품용 용기에도 사용되는 비교적 안전한 고분자입니다. 그러나 자외선에 오래 노출되면 산화 부산물이 생기면서 냄새나 미량의 휘발성 물질이 나올 수 있습니다. 물론 인체에 해롭다고 할 정도는 아니지만, 빨래를 보관하거나 마른 옷과 직접 닿는 용도라면 장기간 노출은 피하는 것이 좋습니다.따라서 베란다에 계속 두고 사용하고 싶다면 직사광선을 피할 수 있는 그늘진 위치에 두시는 것이 좋고 가능하다면 커버나 천막을 씌워 자외선 차단을 하면 훨씬 오래 갑니다. 대안으로서 실리콘은 내열성이 200 °C 이상으로 매우 높고, 자외선에도 강합니다. 다만, 빨래바구니로는 구조상 단단하지 않아 잘 사용되지 않습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.16
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- 정말 감사해요
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헬스장 다니면서 근육 운동을 많이 하고 있습니다 1시간에서 1시간 30분 정도 하고 있는데요 근육이 많아지면 기초대사량이 높아진다고 하는데 어느 정도가 돼야 기초
안녕하세요.기초대사량은 몸이 아무 활동도 하지 않고 생명유지만 할 때 소비하는 에너지량을 뜻하는 개념인데, 운동을 하면서 근육이 늘어나면 기초대사량이 증가하는 것은 사실이지만 그 증가폭은 생각보다 서서히 나타납니다.우선 근육은 지방보다 훨씬 대사활동이 활발한 조직인데요 즉, 근육 1kg이 유지되는 데는 하루 약 13~15kcal, 지방 1kg은 약 4~5kcal 정도의 에너지가 소모됩니다. 따라서 근육이 5kg 증가하면 하루 약 65~75kcal 정도 기초대사량이 높아지며 즉, 기초대사량이 높아졌다고 체감하려면 몇 달 이상 꾸준한 근육량 증가가 누적되어야 합니다.보통 3~5kg 이상의 순수 근육 증가가 지속되면 기초대사량이 실제로 의미 있게 높아졌다고 볼 수 있는데요, 기초대사량 증가를 판단하는 방법으로는 체성분 분석기(InBody)로 근육량 변화를 정기적으로 확인하는 방법이 있습니다. 이때 BMR 수치 변화를 함께 기록하고 단순한 체중 변화보다는 근육량(골격근량) 증가 추세에 주목하는 것이 좋습니다. 보통 체중이 늘었는데 체지방률이 유지되거나 낮아진다면, 그만큼 근육량이 늘어 기초대사량이 올라간 것으로 해석할 수 있습니다. 예를 들어, 헬스 초보자가 꾸준히 6개월간 근육량 3kg 증가했다면 BMR이 약 60kcal 증가한 것이고, 하루 총 에너지 소비량로 보면 약 2~3% 정도 증가합니다. 이는 단순히 살이 잘 안 찐다거나 같이 먹어도 덜 찌는 느낌 정도로 체감될 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.16
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논문에서 ~이 뭘의미하는지 알려주세요.
안녕하세요.질문해주신 것처럼 논문에서 쓰인 물결표( ~ )는 과학 논문이나 기술 문헌에서 말씀하신 것처럼 대략이라는 뜻으로 쓰입니다.물결표(~)는 영문 표현으로는 approximately, about, around를 나타내고 한글 의미는 “대략”, “약”, “정도”, “쯤”입니다.즉, 수치나 비율이 정확하지 않거나 오차 범위가 포함된 근사값임을 나타낼 때 사용합니다.문장에서 보면, “Dcp2 exhibits an affinity of ~157 nM for m7G-capped RNA”는 Dcp2가 m7G-capped RNA에 대해 대략 157 나노몰의 친화도를 보인다.를 말하며 즉 정확히 157.000 nM이 아니라, 실험적 오차를 포함한 근사값입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.16
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내연 기관차를 사용하지 않게 되면 사실상 팔라듐에 대한 수요도 감소하는건가요?
안녕하세요.네, 말씀해주신 것처럼 내연기관 자동차의 감소는 팔라듐 수요에 직접적인 타격을 줄 수 있는데요, 팔라듐(Pd)은 주로 자동차의 배기가스 정화장치에 사용되어, 일산화탄소(CO)와 질소산화물(NOx) 같은 유해가스를 이산화탄소와 질소로 전환시키는 역할을 합니다. 이때 전기차(EV) 로 전환되면 배기가스 자체가 없기 때문에 촉매에 팔라듐을 쓸 필요가 없는데요 이로 인해 세계적으로 내연기관차 비중이 감소하면, 팔라듐의 수요는 중·장기적으로 확실히 줄어드는 추세가 됩니다.자동차 산업이 팔라듐 시장의 절대적인 수요처이며, 다른 분야는 상대적으로 규모가 작은데요, 전자산업이나 보석 및 귀금속, 치과 재료로 일부 사용이 가능합니다.팔라듐은 백금족 금속 중 하나로, 귀금속으로서의 희소성은 있지만 금이나 백금보다 실질적 귀금속 가치가 낮은 편인데요 다만 산업용 가치가 높기 때문에 가격은 산업 수요에 따라 크게 변동합니다. 내연기관 감소 이후 팔라듐은 새로운 활용 방향이 주목받고 있는데요, 팔라듐은 수소를 흡수하고 통과시키는 능력이 탁월하여, 수소 정제막이나 연료전지 전극 촉매로의 응용 가능성이 연구되고 있습니다. 그러나 가격이 비싸고 대체 촉매 연구도 활발해 상용화는 제한적이긴 합니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.16
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생태계 내 분해자에 대한 질문(종속영양생물,하이에나,파리지옥 등)
안녕하세요.생태계 내에서 분해자는 에너지 순환과 물질 순환의 핵심적인 역할을 맡고 있는데요 이는 생물의 사체나 배설물 속의 유기물을 분해하여 에너지를 얻는 생물입니다. 이들은 스스로 유기물을 합성하지 못하고, 이미 존재하는 유기물을 외부로부터 얻어 에너지를 취하므로 종속영양생물이 맞습니다.즉, 독립영양생물은 광합성이나 화학합성을 통해 스스로 유기물을 만드는 식물이나 남세균과 같은 생물인 반면, 분해자는 유기물을 분해하여 무기물로 되돌리면서 타 생물의 유기물에 의존하기 때문에 종속영양생물로 분류됩니다. 대표적인 분해자는 다음과 세균 중에서 부패균, 버섯, 푸른곰팡이 등이 있고 이들은 효소를 이용해 복잡한 유기물을 무기물 상태의 이산화탄소, 암모니아, 무기염류 등으로 분해하면서 에너지를 얻습니다.다만 하이에나는 흔히 시체를 먹는 동물로 알려져 분해자로 오해받기 쉽지만, 실제로는 분해자가 아닌 소비자인데요, 정확히는 2차 소비자 또는 3차 소비자에 해당하는 육식성 종속영양생물입니다. 하이에나는 다른 동물의 사체를 먹긴 하지만, 그 사체를 무기물로 화학적으로 분해하지 않습니다. 즉, 유기물의 화학적 분해를 수행하는 것이 아니라, 물리적 섭취를 통한 소비자에 해당하며 하이에나가 먹고 남긴 찌꺼기를 이후에 세균과 곰팡이 같은 진정한 분해자가 분해하게 됩니다.마지막으로 파리지옥은 곤충을 잡아먹는 특이한 식물로, 일부 사람들은 이를 잡식성이나 종속영양성으로 오해하기도 하지만, 기본적인 에너지 획득 방식은 광합성을 통해 스스로 유기물을 합성하는 독립영양생물입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.15
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코스 모스는 가을에만 피나요????
안녕하세요.일반적으로 코스모스는 가을의 대표적인 꽃으로 알려져 있는데요, 최근에는 여름철에도 피어 있는 코스모스를 자주 볼 수 있습니다. 이러한 현상은 식물의 생리적 특성과 재배 환경의 변화에 의한 것입니다.우선 코스모스는 단일식물에 속하는데요, 이는 밤의 길이가 일정 시간 이상으로 길어질 때 개화 호르몬이 활성화되어 꽃이 피는 식물을 말합니다. 원래 자연 상태에서는 낮이 짧아지고 밤이 길어지는 가을철에 개화가 촉진되어, 전통적으로 코스모스는 가을꽃으로 분류되었습니다.하지만 요즘 여름에도 코스모스가 피는데요, 최근에는 생육 기간이 짧고 낮의 길이에 덜 민감한 중일성 또는 장일성 품종이 개발되었습니다. 이런 품종들은 여름철의 긴 낮에도 꽃눈이 분화되어 일찍 개화할 수 있습니다.게다가 온난화로 인해 봄과 여름의 평균 기온이 높아지고, 도시 지역에서는 열섬 현상으로 토양 온도도 빨리 상승하는데요, 코스모스는 비교적 따뜻한 기온에서 잘 자라므로, 이러한 환경에서는 개화 시기가 앞당겨집니다. 또한 인위적으로 조성된 화단에서는 조기 파종과 관수 관리로 개화를 여름에 유도하기도 합니다.따라서 코스모스는 기본적으로 가을에 피는 단일성 식물이지만, 오늘날 품종 개량과 기후 변화로 인해 여름에도 개화가 가능한 식물로 바뀌어가고 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.15
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유리와 석영의 화학적 성분이 같음에도 불구하고, 융점이 서로 다른 이유는 무엇일까요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 유리와 석영은 모두 이산화규소(SiO₂)를 주성분으로 하지만, 그 내부 구조의 차이로 인해 융점이 크게 다르게 나타나는 것입니다. 우선 석영은 규칙적인 결정 구조를 가지는 결정질 물질로, 규소 원자 하나가 네 개의 산소 원자와 강하게 결합하여 SiO₄ 사면체를 이루고, 이러한 사면체들이 규칙적이고 반복적인 3차원 격자로 연결되어 있는데요 이 구조에서는 모든 결합이 매우 안정적이고 에너지가 높아, 전체 구조를 깨뜨리기 위해서는 많은 열에너지가 필요합니다. 따라서 석영의 융점은 약 1713 °C로 매우 높게 나타납니다.반면에 유리는 동일한 SiO₄ 단위를 가지고 있지만, 냉각 과정에서 결정을 이루지 못하고 불규칙한 방향으로 연결된 무정형 구조를 형성합니다. 즉, 장거리 질서가 없는 비정질 상태로 존재하기 때문에 결합 길이와 결합각이 일정하지 않고, 일부 결합은 상대적으로 약하게 형성되어 있습니다. 이와 같은 불균일한 구조에서는 일정 온도에서 전체 구조가 한꺼번에 녹지 않고, 서서히 결합이 끊어지며 점차 부드러워지는 형태로 변합니다. 그래서 유리는 명확한 융점이 아니라, 점성이 급격히 낮아지기 시작하는 연화점을 가지게 되며, 이 온도는 약 600–800 °C 정도로 석영보다 훨씬 낮습니다. 따라서 유리와 석영의 융점 차이는 화학 조성의 차이가 아니라, 원자 배열의 질서도와 결합의 균일성으로 인한 것이라고 볼 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.15
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유리와 석영의 물리적 성질의 차이를 어떻게 설명할 수 있을까요?
안녕하세요.말씀하신 것처럼 유리와 석영은 모두 기본적으로 이산화규소(SiO₂)를 주성분으로 하지만, 그 내부 구조와 배열 방식이 달라서 물리적 성질에서도 차이가 있는데요 석영은 결정질 구조를 가지며, 규소 원자와 산소 원자가 규칙적이고 주기적인 3차원 격자 구조를 형성합니다. 즉, Si–O–Si 결합이 일정한 각도(약 144° 정도)와 거리로 반복적으로 배열되어 있습니다. 반면 유리는 무정형 고체로, 규소와 산소는 여전히 SiO₄ 사면체 단위를 이루지만, 이들이 불규칙한 방향으로 연결되어 장거리 질서가 존재하지 않습니다. 이처럼 유리는 액체가 냉각되어 굳었지만 결정화되지 못한 상태, 즉 비정질 고체로 이해할 수 있습니다.이러한 구조적 차이는 여러 물리적 성질에 직접적인 영향을 미치는데요 석영은 규칙적인 결정 격자 덕분에 강한 Si–O 결합이 고르게 분포되어 있어, 녹는점이 매우 높아 약 1713 °C입니다. 반면에 유리는 결합이 불규칙하게 분포되어 있으므로 약한 부분부터 쉽게 변형되어, 명확한 녹는점이 아닌 점차적으로 부드러워지는 연화점을 보입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.15
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CO 분자에서 전자 분포는 어떻게 나타나나요?
안녕하세요. 질문해주신 일산화탄소(CO) 분자는 겉으로 볼 때에는 단순한 삼중결합 분자이지만, 실제 전자 분포를 살펴보면 독특한 성질을 가지고 있는데요, CO 분자는 총 10개의 원자가 전자를 가지며, 이를 옥텟 규칙에 맞추어 루이스 구조로 나타내면 일반적으로 탄소와 산소가 삼중결합을 이루는 형태, 즉 :C≡O:로 표현됩니다. 그러나 이 구조를 전자 수로 분석해보면 탄소가 형식적으로 음전하를 띠고(-1), 산소가 양전하를 띠는(+1) 형태가 되어, 전기음성도가 산소가 더 큰 실제 상황과는 맞지 않는 모순된 결과가 나타납니다.이러한 이유로 실제 전자 분포를 분자 궤도론으로 분석하면 다른 그림이 보입니다. 분자 궤도 계산 결과, 결합성 궤도에서는 전자가 비교적 균등하게 분포하지만 비공유전자쌍은 탄소 원자 쪽에 더 많이 존재함이 확인됩니다. 따라서 실제로는 탄소 쪽이 전자 밀도가 더 높고, 전자를 내어주기 쉬운 부분으로 작용합니다. 이 때문에 금속 착물에서 CO가 결합할 때에는 산소가 아니라 탄소 쪽이 금속에 결합하는 리간드로 작용합니다. 즉, 루이스 구조상으로는 탄소가 음전하, 산소가 양전하를 띠지만 실제 전자 밀도 분포는 그 반대이며, 이로 인해 분자의 극성 방향 또한 전기음성도만으로 예측한 것과 다르게 나타납니다. 실제로 CO는 약한 쌍극자 모멘트를 가지며, 그 방향은 탄소가 약간 음전하(δ–), 산소가 약간 양전하(δ+)를 띠는 형태입니다. 이는 전기음성도 차이보다는 σ와 π 결합 궤도의 상호작용, 그리고 분자 궤도의 에너지 차이에 의해 결정되는 결과라고 보시면 되고 결국 CO 분자는 루이스 구조로는 옥텟 규칙을 만족하기 위해 산소가 양전하를 띠는 형태로 나타나지만, 실제 전자 구름 분포를 보면 탄소 쪽이 더 전자 풍부한 말단으로 작용하는 특이한 분자입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.15
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