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상평형 그림에서의 압력은 무엇을 의미하나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 상평형 그림에서는 일반적으로 가로축이 온도(T), 세로축이 압력(P)으로 표시되는데요, 이때 각 곡선은 두 상이 평형을 이루는 조건, 즉 두 상이 동시에 존재하며 서로 변환될 수 있는 온도와 압력의 조합을 나타냅니다. 이 압력은 물질이 상변화 과정에서 외부에 가해지는 외부 압력을 의미하는데요, 예를 들어, 고체-액체 평형선은 주어진 압력에서 고체와 액체가 평형을 이루는 온도를 보여줍니다. 다음으로 액체-기체 평형선은 주어진 압력에서 액체가 끓어 기체로 변하는 온도를 나타냅니다.이때 압력이 높아지면, 밀도가 큰 상이 안정해지고, 그에 따라 상변화 온도가 달라지는데요 예를 들어서 물처럼 고체가 액체보다 밀도가 낮은 특이한 물질은, 압력이 높아지면 액체가 더 안정해져 융해곡선이 음의 기울기를 갖게 됩니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.19
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탄산 음료는 온도가 낮을 때 더 탄산이 물에 잘 녹는다는 것을 어떻게 용해도와 적용시켜서 설명할 수 있나요?
안녕하세요. 네, 일반적으로 기체는 액체에 용해될 때 발열 반응을 보이는데요 즉, 기체가 액체에 녹는 과정에서 열이 방출됩니다. 이때 용해가 발열 반응인 경우, 르샤틀리에의 원리에 따라 온도가 올라가면 평형이 기체 쪽으로 이동하고, 온도가 낮으면 용해도가 증가합니다. 질문해주신 것처럼 탄산 음료에서 탄산은 CO₂ 기체가 물에 녹아 H₂CO₃(탄산)으로 부분적으로 존재하는 형태인데요 이 과정은 발열 반응이므로, 온도가 낮을수록 CO₂가 물 속에 더 안정적으로 존재할 수 있고, 용해도가 높아집니다. 따라서 냉장 상태에서 탄산 음료를 마시면, CO₂가 잘 녹아 있어 거품이 적게 올라오고 맛이 강하게 느껴지지만 반대로 온도가 높으면 CO₂ 용해도가 낮아져 쉽게 기체로 탈출하고, 음료를 따를 때 거품이 많이 발생하게 되는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.19
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황의 상평형 그림에서는 3중점이 몇 개 있나요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 황(S)의 상평형을 보면, 황은 고체 상태에서 두 가지 결정형을 가지는데요, α-황 (정방정계)과 β-황 (단사정계)입니다. 말씀해주신 것처럼 상평형 그림에서 삼중점은 세 가지 상이 평형을 이루는 점을 의미하는데요, 첫번째 삼중점은 α-황과 액체, 기체가 함께 존재할 수 있는 지점으로, α-황이 녹아 액체가 되고, 액체가 증발하여 기체가 되는 조건에서 나타납니다. 두번째는 β-황, 액체, 기체가 만나는 지점으로 β-황이 녹아 액체가 되고, 액체가 증발하여 기체가 되는 조건에서 나타납니다. 마지막은 α-황과 β-황, 액체가 만나는 지점으로 두 고체 상과 액체가 평형을 이루는 점도 존재합니다. 즉, 세 가지 상 조합을 모두 고려하면 각각 고체-액체-기체, 고체-고체-액체 등 서로 다른 조합에서 삼중점이 형성됩니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.19
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물 이외에 상평형 그림에서 융해곡선이 음수로 나타나는 경우가 또 있나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 일반적으로 물의 융해곡선이 음의 기울기를 가지는 것은 특이한 현상으로 알려져 있는데요 원래 대부분의 물질은 고체 상태가 액체 상태보다 밀도가 크기 때문에 압력을 높이면 고체가 더 안정해지고, 따라서 융해곡선은 양의 기울기를 가집니다. 그러나 물은 고체가 액체보다 밀도가 낮아 부피가 더 크기 때문에, 압력이 증가하면 액체 상태가 상대적으로 더 안정해지고, 결과적으로 융해곡선이 음의 기울기를 나타내게 됩니다. 물 이외에도 이와 같이 융해 곡선이 음의 기울기를 가지는 경우는 많지는 않으나, 비스무트(Bi), 안티몬(Sb), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 실리콘(Si) 등이 있는데요, 이들 물질도 고체 상태에서 비교적 열린 구조를 가지기 때문에 액체 상태가 오히려 더 조밀하여 압력이 높아질수록 액체가 안정해지고, 따라서 융해곡선이 음의 기울기를 보입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.19
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언 빨래가 마르는 현상은 상변화적으로 어떻게 설명할 수 있나요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 추운 겨울에 밖에 널어둔 빨래가 얼어붙어도 시간이 지나면 결국 마르게 되는 현상은 상변화 관점에서 보면 크게 두 단계로 설명할 수 있습니다.우선 빨래에 스며든 물이 얼어 고체가 되면 일반적인 액체 상태의 증발은 불가능한데요, 그런데 물 분자들은 고체 결정 구조 속에서도 미세하게 진동하고 있으며, 표면에 있는 일부 분자들은 주변 공기와의 에너지 교환을 통해 결합을 이겨내고 기체 상태로 탈출할 수 있습니다. 이것이 바로 승화 과정인데요, 따라서 얼어 있는 물이 액체 단계를 거치지 않고도 조금씩 기체 상태로 날아가며, 빨래는 점점 마르게 되는 것입니다. 이때 기체로 나가는 속도는 공기 중의 습도와 밀접한 관련이 있는데요, 공기가 건조할수록얼음이 가지고 있는 증기압과 공기 중 수증기 분압의 차가 커지게 되고, 이 차이 때문에 얼음 분자들이 더 잘 기체로 빠져나가게 됩니다. 그래서 겨울철에도 건조한 날씨에서는 빨래가 잘 마르는 것이라고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.19
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앞으로의 기후로 인해 농작물의 변화는??
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 올해처럼 여름이 유난히 뜨겁고 앞으로도 기후 변화가 가속되면, 우리나라 농업에도 변화가 생길 수 밖에 없을 것인데요, 기후 변화가 작물에 주는 영향은 크게 재배 가능 작물의 북상, 기존 작물의 생산성 저하, 그리고 새로운 아열대 작물의 도입 등이 있습니다.우선 배추, 무, 감자 같은 서늘한 기후를 선호하는 작물들은 고온과 여름철 장마·가뭄이 겹치면 재배가 어려워질 수 있는데요, 특히 김장철 배추의 안정적인 생산이 점점 더 힘들어지고, 대체 수입 의존도가 높아질 가능성이 있습니다. 또한 사과도 전통적으로는 우리나라 중·북부에서 잘 자랐지만, 평균 기온 상승으로 저위도 지역에서는 품질이 떨어지고 병해충 피해가 늘어날 수 있습니다. 기온 상승과 더불어 아열대·열대 작물 재배가 활발해질 수 있는데요, 예를 들어, 망고, 아보카도, 파파야, 바나나, 커피, 올리브 같은 작물이 일부 지역에서 시범적으로 재배되고 있고 앞으로 점차 늘어날 전망입니다. 또한 이미 제주도에서는 파인애플, 패션프루트, 용과와 같은 과일이 재배되고 있고, 남부 해안 지역에서도 아열대 과일 농장이 늘어나는 추세입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.19
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옥신은 줄기의 굴광성이 어떠한 영향을 미치나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 식물의 줄기가 빛을 향해 굽어 자라는 현상인 굴광성은 바로 옥신이라는 식물 호르몬이 비대칭적으로 분포하면서 일어나는 반응입니다. 우선 식물의 줄기 끝의 정단 분열조직은 빛의 세기를 감지하는데요 빛이 한쪽에서 비추면, 빛이 약하게 닿는 쪽인 그늘진 쪽과 강하게 닿는 쪽인 밝은 쪽 사이에 생리적 차이가 발생합니다. 이때 빛은 옥신의 이동을 유도하는데요 구체적으로, 옥신은 줄기의 그늘진 쪽으로 더 많이 이동하여 축적됩니다. 따라서 줄기의 양쪽 면에 옥신 농도의 불균형이 생기게 됩니다. 줄기에서 옥신은 세포 신장을 촉진하는 역할을 하는데요, 세포벽을 느슨하게 하여 세포가 물을 흡수하면서 길어질 수 있도록 하는 것입니다. 따라서 옥신이 더 많이 쌓인 그늘진 쪽 세포들이 더 길게 신장하게 됩니다. 마지막으로 두 쪽 면의 신장 속도가 달라지면서, 결국 줄기는 옥신이 더 많이 쌓여 신장이 활발한 그늘진 쪽이 더 길어지고, 상대적으로 짧은 밝은 쪽으로 굽어지게 됩니다. 이로 인해 줄기는 빛이 오는 쪽으로 방향을 틀게 되는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.19
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식물의 뿌리털이 무기 양분 흡수에 중요한 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 식물의 뿌리털이 무기 양분 흡수에 중요한 이유는 뿌리의 표면적을 넓혀 토양과의 접촉 면적을 크게 하고, 흡수 효율을 극대화하기 때문입니다. 우선 뿌리털은 뿌리 표피 세포가 가늘고 길게 돌출된 구조로, 뿌리 전체의 표면적을 크게 늘려주는데요 표면적이 넓어지면 토양 입자와 더 많은 접촉이 이루어지고, 이로 인해 물과 K⁺, NO₃⁻, PO₄³⁻ 등의 무기이온이 뿌리 세포로 들어올 수 있는 기회가 많아집니다. 또한 뿌리털은 토양 입자 사이사이로 파고들며, 토양의 수분층에 존재하는 무기 양분과 직접 맞닿는데요 이를 통해 삼투와 능동수송을 이용해 무기 성분을 효율적으로 끌어올릴 수 있습니다. 또한 토양 속의 무기 이온은 대체로 희석된 상태로 존재하기 때문에, 작은 면적의 뿌리로는 충분히 흡수하기 어렵습니다. 하지만 뿌리털이 표면적을 넓히면 저농도에서도 더 많은 무기 이온을 흡수할 수 있어, 빈약한 토양 환경에서도 식물이 생존할 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.19
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기공은 주로 잎의 뒷면에 많이 분포하는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 식물에서 기공이 주로 잎의 뒷면에 분포하는 이유는 크게 물 손실을 줄이면서도 기체 교환을 효율적으로 하기 위해서인데요, 우선 잎의 앞면은 태양빛을 직접 받는 쪽으로, 광합성에 필요한 빛을 받지만 동시에 열을 많이 받아 수분 증발이 심해질 수 있습니다. 만약 기공이 앞면에 많이 분포한다면 햇빛에 의해 잎의 온도가 올라갈 때 수분이 빠르게 증발하여 식물이 쉽게 수분 스트레스를 받게 되는데요, 반면에 뒷면은 상대적으로 햇빛이 적게 닿고 기온도 낮기 때문에 기공이 이곳에 집중되어 있으면 불필요한 수분 손실을 크게 줄일 수 있습니다. 또한 잎의 내부에는 해면조직이 있어 공기 주머니가 발달해 있는데, 이 부분은 주로 잎의 하면 쪽에 위치합니다. 따라서 기공이 뒷면에 많으면 해면조직과 바로 연결되어 이산화탄소 흡수와 산소 배출이 더 원활하게 이루어질 수 있는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.19
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멸종위기종에 속하는 고라니가 한반도에는 많은 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 고라니는 국제적으로 보면 멸종위기종으로 분류되어 있는데요,. 세계자연보전연맹(IUCN) 적색목록에서는 취약종으로 올라 있으며, 중국에서는 서식지 파괴와 무분별한 남획으로 개체 수가 크게 줄어 멸종위기 상태에 놓여 있습니다. 하지만 한반도에서는 오히려 매우 흔하게 볼 수 있는데, 이는 몇 가지 환경적, 역사적 요인 때문이라고 할 수 있습니다. 우선 과거 고라니의 주요 천적은 호랑이, 표범, 늑대 같은 대형 포식자들이었으나, 이들이 한반도에서 거의 사라지면서 고라니 개체군을 조절할 포식 압력이 크게 줄었는데요, 이로 인해 번식력이 강한 고라니가 급격히 늘어날 수 있었습니다. 또한 고라니는 다른 사슴류에 비해 번식력이 뛰어난데요, 보통 한 번에 2~3마리, 많게는 4마리까지 새끼를 낳을 수 있으며, 매년 출산이 가능합니다. 이러한 번식력 덕분에 개체 수를 빠르게 늘릴 수 있었던 것입니다. 게다가 고라니는 숲, 초원, 하천 주변, 농경지 등 다양한 환경에서 잘 살아남습니다. 특히 한반도의 산지가 많은 지형, 논밭 주변의 풀과 농작물 등이 고라니에게 풍부한 먹이를 제공하기 때문에 생존에 유리한 조건을 갖추고 있는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.19
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