답변 내역

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.희토류는 주기율표 3족의 란타넘족 15개 원소와 스칸듐, 이트륨을 합친 17개 원소를 뜻하며, 안쪽 4f 전자 궤도에 전자가 차례로 채워지는 특이한 전자 배치 구조에서 비롯된 독특한 성질을 지니고 있습니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.희토류 원소의 화학적 성질은 전자 궤도에 덮여 있는 안쪽 4f 궤도에 홀전자가 채워져 스핀 방향이 쉽게 정렬되는 특수 자성과, 전자가 특정 파장의 빛을 내는 광학 특성이 발현됩니다. 일부 원소는 환경에 따라 산화 상태를 쉽게 변경할 수 있어 산소를 흡수하거나 방출하는 전자 이동 촉매 작용이 뛰어납니다. 또한, 원자번호가 증가할수록 이온 반경이 줄어드는 란타넘족 수축 현상 때문에 원소 간 이온 반경이 매우 유사합니다. 이 덕분에 타 물질의 결정 격자 내에 쉽게 치환되어 기본 소재의 물성을 대폭 개선합니다.히토류 원소가 첨단 산업 활용 분야는 기존 자석보다 수배 이상 강력해 전기차 구동 모터, 풍력 발전기, 드론, 스마트폰 진동 모터 등의 소형화·고효율화를 가능케 하며, 자동차 배기가스 정화장치나 석유화학 크래킹 공정의 촉매로 쓰입니다. 또한, 4f 궤도의 전자 전이에 의한 정밀한 발광 특성을 활용하여 OLED 및 LED 디스플레이의 적색·녹색 형광체, 광통신용 신호 증폭기, 정밀 의료용 레이저 발진체에 활용됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.이론적으로 촉매는 화학 반응 전후에 자신은 변하지 않고 반응 속도를 변화시키는 물질이지만, 실제 산업 현장에서는 시간이 지남에 따라 촉매의 기능이 떨어지는 촉매 비활성화 현상이 발생하므로 주기적으로 교체해야 합니다. ​이론적으로 불순물이 없는 순수한 반응물과 이상적인 환경을 전제로 하지만, 실제 산업 반응기 내부에서는 다양한 변수가 작동하여 촉매가 열화됩니다.촉매 비활성화가 일어나는 주요 원인인 피독은 반응물에 섞여 들어오는 미량의 불순물이 촉매 표면의 반응이 일어나는 자리에 강하게 결합하는 현상입니다. ​불순물이 활성 자리를 영구적 또는 반영구적으로 점유해 정작 반응해야 할 물질이 촉매와 접촉하지 못하게 만듭니다.또한, 코킹 및 침적은 ​반응 과정에서 발생하는 원치 않는 부반응으로 인해 탄소 탄화물이나 중합체 등의 부산물이 촉매 표면에 쌓이는 현상입니다. ​촉매 내부의 미세한 구멍을 막아 반응물이 들어가지 못하도록 물리적으로 차단합니다.이외에도 소결은 ​고온의 반응 환경에서 장시간 작동할 때, 촉매 표면에 분산되어 있던 미세한 나노 입자들이 서로 결합하여 커다란 덩어리로 뭉쳐지는 현상입니다. ​입자가 뭉치면 반응물과 만나는 총 표면적이 급격히 줄어들어 촉매의 효율이 크게 떨어집니다.공정에 따라 코킹이 원인인 경우에는 공기를 넣어 탄소를 태워 없애는 등 촉매 재생 과정을 통해 수명을 연장하기도 합니다. 하지만 재생 과정을 반복하더라도 피독이나 소결로 인한 근본적인 구조 손상은 되돌릴 수 없기 때문에, 경제성과 반응 수율을 유지하기 위해 주기적인 전면 교체가 필수적입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.실리카겔 제습제는 습기을 제거하는 데는 매우 효과적이지만, 이미 신발에 배어버린 악취를 근본적으로 해결해 주지는 못합니다. 습기를 잡아 세균 번식을 억제하는 악취 예방 효과는 뛰어나지만, 이미 발생한 냄새 입자 자체를 직접 분해하거나 강하게 흡착하는 능력은 부족하기 때문입니다.실리카겔 제습제는 미세한 다공성 구조를 이용해 수분을 흡착하므로 신발 내부의 눅눅함을 건조해 주는 성능은 매우 훌륭하지만, 신발 냄새의 주원인은 땀을 먹고 자란 세균과 곰팡이입니다. 실리카겔은 수분을 빼앗아 세균 증식을 억제하지만, 이미 신발 섬유에 배어 있는 악취 유기화합물 분자 자체를 흡착해 제거하지는 못합니다. 따라서 단순 실리카겔 단독 제품보다 활성탄이나 제올라이트 성분이 함께 들어간 신발 전용 제습제를 쓰면, 수분 제거와 악취 분자 흡착이 동시에 이루어집니다. 또한, 신발을 벗은 즉시 신발 내부 전체에 항균 탈취 스프레이를 가볍게 뿌려 세균을 살균한 뒤 실리카겔을 넣어 건조시키는 방법이 가장 깔끔합니다. 이외에도 부직포 주머니나 다시백에 베이킹소다를 담아 신발에 넣어두면 제습 효과와 더불어 악취 원인 물질을 중화해 악취를 효과적으로 잡아줍니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.커피를 마셨을 때 졸음이 달아나는 현상은 아데노신이라는 물질과 카페인의 화학적 구조 유사성 때문에 일어나는 생물학적 작용입니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요. 사람이 활동을 하며 에너지를 소비하면, 그 부산물로 뇌에 아데노신이라는 물질이 쌓이게 되는데, ​아데노신이 뇌 신경세포의 아데노신 수용체에 결합하면 신경 작용이 억제되면서 피로감을 느끼고 졸음이 오게 됩니다. ​즉, 아데노신은 뇌에게 피로를 인지하는 신호를 보내는 물질입니다. 그런데, 커피 속에 들어있는 카페인은 아데노신과 화학적 입체 구조가 매우 비슷하여, ​마신 커피 속 카페인이 뇌로 이동하면, 원래 아데노신이 결합해야 할 아데노신 수용체 자리를 카페인이 먼저 선점해 버립니다. ​카페인은 수용체에 결합하지만, 아데노신처럼 졸음 신호를 발생시키지는 않습니다. 단지 아데노신이 결합하지 못하도록 길목을 차단할 뿐입니다.아데노신이 수용체에 결합하지 못하면서 뇌로 전달되는 피곤하다, 자라는 신호가 차단됩니다. ​이로 인해 뇌는 피로 물질이 쌓여 있음에도 불구하고 이를 인식하지 못해 각성 상태를 유지하게 되며 졸음이 달아나게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.극지방의 오로라는 태양풍이 가져온 고에너지 대전 입자가 지구 자기장에 이끌려 극지방 대기 입자와 충돌하면서 빛 에너지를 방출하는 현상입니다.태양에서 방출된 전자와 양성자 중심의 플라즈마가 지구에 도달하면 지구 자기장에 의해 굴절되고, 이때 자기력선이 모여 대기권과 연결되는 남, 북극 영역을 따라 고에너지 입자들이 상층 대기로 들어옵니다. 고속으로 낙하하는 전자가 대기에 존재하는 산소 및 질소 기체 입자와 강하게 충돌하면서 입자의 운동 에너지가 기체 입자로 전달되면서, 기체 내부의 전자가 높은 에너지 준위로 이동하는 들뜬 상태가 됩니다. 불안정한 들뜬 상태가 된 기체 입자는 극히 짧은 시간 내에 다시 원래의 안정된 바닥 상태로 돌아갑니다. 이 과정에서 두 에너지 준위의 차이만큼에 해당하는 에너지를 빛의 형태로 외부에 방출하게 되며, 이것이 우리 눈에 보이는 오로라의 빛입니다.결국 오로라는 지구 자기장이 태양의 유해 방사선 입자들을 극지방 대기로 유도하여 안전하게 소모시키는 과정에서 나타나는 거대한 입자 충돌의 결과물이라고 보시면 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.밀가루 반죽은 치대면 치댈 수록 쫄깃 해지는데, 그 이유로 밀가루 반죽을 치댈 때 형성되는 글루텐 때문입니다. 글루텐은 수화, 물리적 구조 풀림, 그리고 화학 결합의 형성 반응 때에 생성됩니다. 좀 더 자세히 설명해 드릴게요. 건조 상태의 글루테닌과 글리아딘은 구형이나 타원형으로 불규칙하게 접혀 있는데, 여기에 ​물을 부우면 물 분자가 단백질의 친수성 아미노산 부위와 결합하여 단백질 사슬 내부로 침투합니다. ​이 과정에서 단백질 간의 기존 단단한 결합이 약해지고 펩타이드 사슬이 유연하게 유동성을 얻습니다.반죽을 치대고 치는 과정을 반복하면 뭉쳐 있던 단백질 사슬이 늘어나며 일렬로 정렬됩니다. ​단백질 내부 깊숙이 숨어 있던 반응성 작용기, 특히 시스테인 아미노산의 티올기가 외부로 노출됩니다. 노출된 티올기들이 공기 중의 산소와 반응하여 강력한 공유 결합인 이황화 결합을 형성하며, 단백질 분자 간 티올-이황화물 교환 반응이 계속 일어나면서 거대한 삼차원 구조가 만들어집니다.글루테닌과 글리아딘, 이 두 단백질이 물과 치대는 과정을 통해 그물망 형태의 3차원 입체 망상 구조를 완성하면, 발효 시 효모가 배출하는 이산화탄소 가스를 내부에 가두어 반죽을 부풀게 하고 쫄깃한 식감을 만들어냅니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.껍질을 벗긴 감자를 물에 담그는 것은 갈변 현상의 필수 반응물인 산소를 차단하여, 감자 내부의 폴리페놀 산화효소가 작용하지 못하도록 산화 반응을 막는 화학적 원리입니다. 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.감자를 벗길 때 감자 세포가 절단되어 파괴되면 세포질에 있던 페놀성 화합물과 산화 소포체에 있던 폴리페놀 산화효소가 섞이게 되면서 공기 중의 산소가 결합하는 반응이 진행됩니다. 폴리페놀 산화효소가 공기 중의 산소를 이용해 퀴논 분자로 산화되면, 생성된 퀴논 분자들이 스스로 주변의 아미노산 및 단백질과 비효소적으로 중합 반응을 일으키며 갈색~검은색을 띠는 고분자 색소인 멜라닌을 만들어냅니다. 하지만 물속에 담궈 두면 물이 물리적 장벽 역할을 하여 공기 중 산소가 감자 표면에 닿는 것을 차단하므로, 폴리페놀 산화효소의 촉매 반응이 멈춥니다. 표면 세포에서 유출된 페놀 화합물과 효소가 물속으로 희석되어 흘러나오므로, 감자 표면의 반응물 밀도 자체가 낮아집니다. 이외에도 물에 약간의 산성 물질을 넣으면 폴리페놀 산화효소의 최적 활성 영역을 벗어나 효소 구조가 변성되므로 차단 효과가 극대화됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.농작물 수확 시기의 단 하루 차이는 특히 호흡 급등형 작물과 고호흡율 작물에서 저장 기간과 유통 기한을 수일에서 수주까지 좌우하는 결정적 차이를 만들 수 있습니다. 수확 시점의 생리적 전환점인 에틸렌 폭발과 호흡 급등을 경계로 작물의 대사 속도와 유기물 소비가 증가하기 때문입니다. 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.호흡 급등형 과채류는 성속 단계에 접어들 때 스스로 대량의 에틸렌을 만들어내는 자가촉매 반응을 일으킵니다. 에틸렌 폭발 직전인 기저 호흡 상태에서 수확하면 저온 제어를 통해 장기 유통이 가능하지만, 단 하루 늦어 에틸렌이 폭발적으로 증가하면 호흡 속도 급증하며 엄청난 속도로 자가 분해 단계로 진입합니다.호흡 급등과 동시에 효소가 폭발적으로 활성화되어 세포벽의 불용성 펙틴을 가용성 펙틴으로 분해하여, 단 하루 차이로 과육의 팽윤성이 급격히 떨어져 장거리 수송 시 진동과 충격에 의한 물러짐, 멍이 드는 위험성이 폭증합니다. 이렇게 되면 상품성을 잃게 됩니다. 수확 시기가 늦어져 대사율이 높아진 상태가 되면 당분과 유기산이 급격히 소모되며, 옥수수나 아스파라거스 같은 고호흡형 작물은 하루 만에 당이 녹말로 변하거나 섬유질이 억세져 상품성을 잃습니다.따라서 색상, 크기의 기존 기준에서 벗어나, 과실 내부 에틸렌 농도 및 미세 기소 분석기를 이용한 이산화탄소 발생률이 기저 호흡 대역에 머무르는지 정밀 산출하여 수확일을 제어합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.가스레인지 불꽃의 색상은 연소 반응 시 형성되는 방출 물질과 화학적 발광 반응의 차이에 의해 결정됩니다. 산소 공급량이 충분하면 완전 연소를 하여 분자 라디칼 발광에 의해 푸른색을 띠고, 산소가 부족하면 불완전 연소에 의해 미연소 탄소 입자의 흑체 방사에 의해 주황색을 띱니다.완전 연소는 연료를 충분한 산소와 반응하면 물과 이산화탄소가 생성되며, 화학 반응 중간 과정에서 생성된 탄소 이량체 및 CH 분자 라디칼이 들뜬 상태가 되었다가 바닥 상태로 떨어지면서 파장이 짧은 푸른색 영역의 가시광선 에너지를 방출하기 때문에 푸른색을 띱니다. 반면 불완전 연소는 산소가 부족하면 연료 내 탄소가 가스로 완전히 산화되지 못하고, 미세한 그을음이라고 하는 고체 탄소 입자로 남게 됩니다. 이 고체 탄소 입자들이 불꽃의 열에 의해 가열되면서 파장이 긴 영역의 흑체 방사를 일으킵니다. 이때 붉은색, 주황색, 노란색 빛이 강하게 방출됩니다. 이때 열효율이 떨어지고 연소 과정에서 유독 가스인 일산화탄소와 냄새, 냄비 바닥의 검은 그을음을 유발합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.미용실의 미용은 산화-환원 반응을 이용해 머리카락을 재배열 시키는 원리입니다. 파마약의 환원제로 이황화 결합을 끊어 머리카락을 부드럽게 만든 뒤, 컬 형태로 위치를 재배치하고 산화제로 새 위치에서 결합을 다시 고정하는 원리입니다.1제 환원제를 통해 머리카락의 단단한 유기 구조를 유지하던 케라틴 단백질의 이황화 결합에 수소 원자를 공급하여 결합을 끊어내면, 이황화 결합이 두 개의 티올기로 분해되어 단백질 구조가 고정력을 잃고 그물망이 부드럽게 풀립니다. 이 상태에서 머리카락을 롯드에 감아 새로운 모양을 만듭니다.여기에 2제 산화제를 통해 구부러진 형태로 나란히 배치된 티올기에서 수소 원자를 다시 빼앗아 산화시키며 물 형태로 배출시키고, 위치가 어긋난 아미노산들끼리 교차 이황화 결합을 다시 맺으면서 단백질 구조가 새로운 곱슬 형태로 단단하게 재응고 되면서 파마가 완성되는 것입니다.