답변 내역

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.칫솔 살균기에서 분사되는 UV-C는 세균의 DNA가 가장 잘 흡수하는 파장대를 조사하여 분자 결합을 교란하고 복제 능력을 상실시키는 방식으로 작용합니다. 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.UV-C는 단파장 자외선으로 세균 세포 내 유전 물질 파장 영역대의 자외선 에너지를 가장 강하게 흡수하여 칫솔모에 상주하는 대장균, 뮤탄스균, 황색포도상구균 등의 표면을 뚫고 내부의 DNA 중심부까지 고에너지 광자가 도달합니다. DNA가 UV-C 에너지를 흡수하면 이중 나선의 마주 보는 결합이 끊어지고, 같은 가닥에 인접해 있던 두 개의 염기가 서로 엉쳐 붙는 변종 결합을 만들어, 이 기형 결합으로 인해 정교하던 DNA 사슬 구조가 툭 튀어나오며 크게 왜곡됩니다.DNA 구조가 변형되면 세균이 증식할 때 작동해야 하는 DNA 합성 효소가 왜곡된 부위에 걸려 더 이상 읽어 내려가지 못하고 자가 복제와 단백질 합성이 완전히 멈춘 세균은 더 이상 개체 수를 늘리지 못하는 불활성화 상태에 빠지게 되며, 자체 수명이 다해 사멸합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.탄산수 제조기에 이산화탄소 가스를 넣으면 높은 압력을 가해 물에 대한 기체의 용해도를 높여 탄산수가 만들어집니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.평상시 대기압 상태에서 이산화탄소는 물에 잘 녹지 않지만 탄산수 제조기로 용기 내부 압력을 대기압의 수배 수준으로 높이면, 강한 압력에 밀린 이산화탄소 분자들이 물 분자 사이의 빈 공간으로 강제로 녹아들게 됩니다. 이때 물속으로 들어간 이산화탄소 분자 중 일부는 물 분자와 화학적으로 결합하여 탄산을 형성합니다. 생성된 탄산은 수소 이온을 내놓으며 물을 약산성으로 만들고, 혀의 미각 수용체와 통각 수용체를 자극하여 특유의 톡 쏘는 청량감을 만들어냅니다. 기체의 용해도는 압력이 높을수록, 온도가 낮을수록 높아집니다. 온도가 높으면 기체 분자의 운동 에너지가 커져 액체 밖으로 탈출하려는 성질이 강해지므로, 미지근한 물보다는 냉장 보관된 차가운 물을 사용할 때 훨씬 강하고 풍부한 탄산을 얻을 수 있습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.전자레인지에서 특정 부위만 먼저 뜨거워지거나 겉과 속의 온도가 달라지는 현상은 마이크로파의 정상파 형성과 파동의 침투 깊이 한계, 그리고 음식물 성분의 비균일성 때문입니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.전자레인지에서 분사된 마이크로파는 금속 내부 벽면에 맞고 튕겨 나오면서, 이때 들어가는 파동과 반사되어 나오는 파동이 서로 중첩되면서 위치가 고정된 정상파를 형성하는데, 정상파의 진폭이 높은 곳에 위치한 음식물 속 물 분자는 격렬하게 진동하며 열을 많이 받지만, 낮은 곳은 파동 에너지 전달이 적어 미지근하게 남게 됩니다.또한, 마이크로파가 음식을 깊숙이 투과하는 것으로 오해하기 쉽지만, 실제 수분을 머금은 음식에서 마이크로파의 침투 깊이는 약 2~4cm에 불과하기 때문에 마이크로파 에너지는 대부분 음식의 겉면에서 먼저 흡수되어 열을 내고 속 부분은 마이크로파가 직접 데우는 것이 아니라, 겉면의 열이 내부로 전달되어 데워지는 방식이기 때문에 겉은 뜨거운데 속은 차가운 현상이 자주 발생합니다. 이외에도 음식물 내부의 수분과 염분의 불균일한 분포로 인해 특정 부위만 먼저 뜨거워 질 수 있습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.질문자님께서 말씀하신 것처럼 장마 기간도 지났는데, 주말을 포함하여 오늘까지 엄청나게 비가 오네요. 지구온난화에 의한 기후변화가 우라니라의 날씨에 변화를 주어 한여름에는 북태평양 기단의 영향으로 태풍이나 찬 공기의 유입이 잘 되지 않아 이상 고온이 계속 되고 있고, 과거의 6~7월 한 달간 내렸던 장마는 늦여름과 가을 입구까지 극단적인 폭우가 이어지는 현상이 되었네요.기온이 1°C 상승할 때마다 대기가 머금을 수 있는 수증기의 양은 약 7%씩 증가하여 지구가 따뜻해질수록 비구름이 품을 수 있는 물폭탄의 재료 자체가 폭발적으로 늘어나는 셈입니다. 또한, 지구 온난화로 북극 기온이 급상승하면서 대류권 상층의 제트기류가 약해져서 공기 흐름이 느려져 비구름이 이동하지 않고 한 곳에 오래 멈춰 서며 피해를 키웁니다. 이런 기후 변화는 이번 네팔의 홍수와도 무관하지 않습니다. 이상 고온으로 빙하가 녹으면서 빙벽이 무너지면서 녹아내려 엄청난 양의 물폭탄으로 막대한 인명피해를 가져오는 안타까운 사건이지요...이제는 기후 변화의 심각성을 전 세계가 깨닫고 조금씩이라도 기후 변화에 대응해 나가는 노력이 필요하지 않을까 생각합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.네, 질문자님께서 말씀하신 내용이 정확합니다. 나무는 가구로 만들어진 후에도 주변 환경의 습도와 온도에 반응해 계속 수분을 흡수하고 배출하는 흡방습 작용을 일으키기 때문입니다.여름철에는 공기 중의 수분 분자가 목재의 미세한 세포벽 사이로 침투하여 부풀어 올라 가구가 전체적으로 팽창하면서 문이나 서랍이 빡빡해지거나 서로 맞물려 잘 닫히지 않게 되고, 반대로 겨울철에는 공기가 건조해지면 목재 내부의 수분이 밖으로 빼앗기며 세포 구조가 오므라들어 가구 부품들이 수축하면서 연결 부위에 틈새가 생기고 건들거리게 됩니다.나무는 수분을 머금거나 말릴 때 모든 방향으로 일정하게 변하지 않습니다. 나이테 휘어짐 방향은수축과 팽창률이 가장 크며 나무 중심선 방향은 중간정도 입니다. 그리고 길이 방향은 변형이 거의 없습니다. 이처럼 방향에 따라 늘어나고 줄어드는 비율이 수십 배씩 차이가 나기 때문에, 가구가 단순히 크기만 바뀌는 것이 아니라 휘어지거나 비틀리면서 문틀과 서랍의 유격이 틀어지게 됩니다.온도 자체에 의한 열팽창도 일부 존재하지만, 온도 변화가 실내 상대습도를 변화시키는 것이 훨씬 더 치명적입니다. 예로 겨울철 난방으로 실내 온도를 높이면 상대습도가 떨어지면서 목재의 수분이 급격히 증발해 가구 판재가 쪼개지거나 갈라지는 현상이 발생합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.지우개로 지울 때 종이 표면을 긁어내는 것이 아니라, 지우개 재질이 종이 섬유보다 흑연을 끌어당기는 힘이 더 강해서 흑연 입자만 선택적으로 떼어내는 원리입니다. 연필로 글씨를 쓰면 연필 성분의 흑연 가루가 종이 속에 파묻히는 것이 아닌 거친 종이 섬유 표면에 미세한 분자 간 물리적 결합으로 가볍게 얹히게 되는 것입니다. 지우개를 구성하는 합성고무나 플라스틱 고분자 물질은 종이 섬유보다 흑연 입자와 결합하려는 친화력이 훨씬 높아, 지우개로 종이를 문지르면 종이에 붙어 있던 흑연 입자가 지우개 성분에 더 강력하게 들러붙어 떼어 내는 것입니다. 문지를 때 발생하는 마찰열로 인해 지우개 표면이 미세하게 뭉그러지면서 흑연을 둥글게 감싸 안고 말려 올라갑니다. 이 흑연을 머금은 지우개 가루가 떨어져 나가면서 종이 위가 깨끗해지는 원리입니다.일반 연필 지우개는 종이 섬유보다 훨씬 말랑말랑 하여 마찰이 일어날 때 종이가 깎이는 대신 상대적으로 무른 지우개가 스스로 닳아 없어지면서 종이 손상을 최소화합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.레몬이 생선 비린내를 제거하는 원리는 산과 염기의 화학적 중화 반응입니다. 생선 비린내를 유발하는 물질은 염기성을 띠는데, 레몬의 강한 산성 성분이 이를 만나 냄새가 나지 않는 물질로 바꾸어 놓습니다.생선이 죽은 뒤 시간이 지나면 체내 성분이 세균에 의해 분해되면 트리메틸아민이라는 염기성 물질이 생성되는데, 이 물질이 기체 상태로 휘발하여 코에 전달되는 것이 흔히 말하는 생선 비린내입니다. 레몬즙에는 구연산이 풍부한데, 이것은 강한 산성 성분입니다. 비린내 원인 물질인 트리메틸아민에 레몬즙을 뿌리면 구연산의 수소 이온이 트리메틸아민과 결합하는 산-염기 중화 반응이 일어납니다. 중화 반응을 거친 트리메틸아민은 기체로 날아가지 않는 비휘발성 염이 되어 공기 중으로 냄새 입자가 퍼지지 않기 때문에 코에서 비린내를 인식하지 못하게 됩니다.하지만 갓 잡은 아주 신선한 생선은 트리메틸아민이 거의 생성되지 않아 비린내가 나지 않습니다. 오히려 레몬의 강한 산성이 생선 살의 단백질을 응고시켜 회 특유의 쫄깃한 식감을 떨어뜨릴 수 있으므로 굳이 뿌리지 않는ㅇ것이 좋습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.청동 표면에 생기는 녹청색 녹은 주성분인 구리가 공기 중의 산소, 수분, 이산화탄소 등과 반응하여 생성되는 염기성 탄산구리입니다. 그 과정을 설명해 드릴게요.먼저,구리가 공기 중의 산소와 먼저 반응하여 적갈색을 띠는 산화제일구리 막을 형성하고, 이 산화 막이 공기 중의 수분 및 이산화탄소와 지속적으로 반응하면서 특유의 녹청색을 띠는 염기성 탄산구리로 변화합니다. 매연이 많은 도시에서는 대기 중의 황 성분과 반응하여 염기성 황산구리가, 바닷가 근처에서는 염소 성분과 반응하여 염기성 염화구리가 함께 형성됩니다.철이 녹슬면 껍질이 부풀어 오르고 박리되어 내부까지 연속적으로 부식되지만, 청동의 녹청은 표면에 매우 치밀한 결정 구조로 밀착되어, 이 치밀한 녹청 레이어가 산소와 수분의 추가 침투를 차단하는 피막 역할을 합니다. 덕분에 내부 금속의 부식이 멈추게 되며, 박물관의 청동 유물이나 미국의 자유의 여신상이 수백~수천 년 동안 형체를 유지할 수 있는 이유가 바로 이 녹청 덕분입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.호흡을 통해 체내로 들어온 산소는 에너지 생성 과정에서 유해한 활성산소를 부산물로 남기며, 이 활성산소가 장기적으로 세포를 손상시키는 과정이 바로 노화의 주요 원인입니다. 그 과정을 설명해 드릴게요.체내에 들어온 산소는 세포 내 미토콘드리아에서 영양소와 결합해 에너지를 만듭니다. 이때 흡입한 산소의 약 1~2%는 완전 연소되지 못하고 전자를 잃어 불안정한 상태인 '활성산소'로 변형됩니다. 불안정한 활성산소는 주변의 정상적인 분자로부터 전자를 빼앗아 자신을 안정시키려는 성질이 매우 강합니다. 활성산소는 산화 반응을 통해 체내 조직을 공격해 손상을 입힙니다.활성산소는 세포막의 지질을 산화시켜 세포의 유연성을 떨어뜨리고 노폐물 배출 및 영양 흡수를 방해하며, 피부 콜라겐이나 체내 주요 효소 구조를 파괴하여 피부 주름을 늘리고 장기 기능을 떨어뜨립니다. 또한 유전 정보를 변형시켜 정상적인 세포 재생을 막고, 세포 사멸을 유도하거나 노화 세포로 전환시킵니다.인체는 항산화 효소를 분비해 활성산소를 무해하게 중화하는 자정 능력을 갖추고 있지만 과도한 산소 소비, 스트레스, 자외선 등으로 활성산소가 급증하거나 나이가 들어 항산화 능력이 떨어지면 체내 균형이 깨집니다. 이 산화 스트레스 상태가 지속되면서 세포 손상이 누적되고 신체 노화가 빠르게 진행됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.약 38억~40억 년 전, 원시 바다는 치명적인 태양 자외선과 운석 충돌을 차단해 주고 생명 구성 요소가 녹아 있었습니다. 최초의 생명체는 단순한 화합물들이 점점 복잡한 형태로 발전하는 화학 진화 과정을 거쳐 탄생했습니다. 그 과정을 설명해 드릴게요.원시 바다와 대기에는 메탄, 암모니아, 수증기, 수소 등의 무기물이 풍부했습니다. 번개의 전기 에너지, 화산 활동의 열, 태양의 에너지가 공급되면서 이 무기물들이 반응을 일으켜 아미노산, 당, 뉴클레오타이드 같은 생명의 기본 유기 분자로 합성되었습니다. 가장 유력한 탄생 장소로 꼽히는 곳은 심해 열수구입니다. 햇빛이 전혀 들지 않는 심해의 열수구는 지열로 데워진 뜨거운 물과 함께 철, 니켈, 황 같은 미네랄을 지속해서 공급되어, 이 미네랄 촉매와 화학 에너지가 초기 생화학 반응을 지속적으로 발생시켰습니다. 바닷속에 축적된 지질 성분은 물속에서 스스로 동그란 막을 형성하고 내부 화학 물질들이 바다로 씻겨 내려가지 않고, 외부와 차단된 독립된 공간 안에서 고농도로 반응을 이어갈 수 있게 되었습니다. 독립된 막 내부에서 유전 정보를 저장하고 스스로를 복제할 수 있는 분자가 탄생했는데, 최초의 생명체는 DNA와 단백질 대신, 유전 정보 저장과 촉매 작용을 동시에 수행할 수 있는 RNA를 유전 물질로 사용했을 것으로 추정됩니다.이처럼 화학 물질의 합성, 해저 열수구의 지속적인 에너지 공급, 세포막의 형성, 유전 물질의 자가 복제라는 조건들이 원시 바다라는 공간에서 결합하면서 스스로 에너지를 대사하고 복제하는 최초의 단세포 생명체가 출현했습니다.