답변 내역

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.물에 다른 물질이 녹으면 물 분자끼리 결합하는 것을 방해하여 어는점이 낮아지는 어는점 내림 현상이 일어나는데, 이 현상은 녹아 있는 입자의 개수에 비례합니다. 소금은 분자량이 작고 물에 녹으면 나트륨 이온과 염화 이온으로 분리되지만, 설탕은 분자량이 소금보다 약 6배나 크며 물에 녹아도 분자 1개 상태 그대로 존재하기 때문에 같은 무게의 소금과 설탕을 녹인다면, 소금물 속 입자 수가 설탕물보다 훨씬 많습니다. 따라서 소금물이 설탕물보다 어는점을 훨씬 더 많이 낮추어 얼음을 훨씬 잘 녹입니다.또한, 얼음의 녹는 속도는 용액의 농도에 따라 달라지는데, 농도가 높을수록 용액 속 입자 수가 많아져 어는점이 더 낮아지므로 얼음을 녹이려는 화학적 성질은 강해지는 동시에 농도가 높을수록 용액의 밀도가 커져 녹아 나온 차가운 맹물이 섞이지 않고 얼음 주변에 더 굳건한 단열층을 만듭니다.즉, 실온 기준으로는 열을 계속 섞어주는 대류가 잘 일어나는 맹물에서 얼음이 가장 빨리 녹고, 소금물과 설탕물 중에서는 어는점을 훨씬 많이 떨어뜨리는 소금물이 설탕물보다 얼음을 더 잘 녹입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.과거 에어컨 냉매제로 주로 사용되던 프레온 가스는 오존층을 파괴하는 주원인이었습니다. 대기 중에서 거의 분해되지 않고 성층권까지 상승하여 자외선을 받으면서 파괴 반응을 시작되며, 프레온 가스에서 튕겨 나온 염소 원자는 소모되지 않는 촉매 역할을 하여 오존 분자를 지속적으로 연쇄 파괴합니다. 이와 관련된 내용을 설명해 드릴게요.성층권에 도달한 프레온 가스는 파장이 짧고 에너지 수준이 높은 태양 자외선을 흡수하여 탄소와 염소의 결합이 끊어지면서 반응성이 극도로 높은 염소 라디칼을 형성합니다. 생성된 염소 원자는 성층권의 오존을 공격하여 산소 분자로 바꾸고 일산화염소 라디칼이 되며, 이 일산화염소는 다시 산소 원자와 반응하여 다시 순수한 염소 원자를 생성하는 과정이 반복적으로 일어납니다. 즉, 자신은 소모되지 않은 채 오존 파괴를 계속 일으키는 촉매로 작용하므로, 단 하나의 염소 원자가 오존 분자를 연속해서 파괴하게 됩니다. 남극 대기 상공은 특수한 기상 현상으로 인해 오존층 파괴 속도가 지구상에서 가장 폭발적으로 일어납니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.히말라야나 알프스 같은 거대한 산맥에서 소금이 나오는 이유는 수억 년 전 그곳이 바다였기 때문입니다. 지각 변동이 일어나는 과정에서 바닷물이 증발해 생긴 소금 층이 산맥 위로 올라온 결과입니다.지금의 히말라야와 알프스 부근에는 고대에 거대한 바다였습니다. 기후 변화와 지형 변동으로 일부 바닷물이 갇혀 호수가 되었고, 오랜 시간 햇빛에 물이 모두 증발하면서 소금 침전물인 암염층이 굳어졌습니다. 그리고 오랜 기간 동안 판들이 끊임없이 이동하면서 대륙 간 충돌로 두 판 사이에 끼어 있던 고대 해저 지층과 두꺼운 소금 층이 엄청난 압력을 받아 위로 솟구쳐 올라가는 융기가 일어납니다. 이 과정에서 바닷속 깊이 잠겨 있던 소금 층이 해수면 높이 수천 미터 산맥을 형성하게 되었습니다.히말라야 핑크 소금의 분홍색은 지각 변동의 엄청난 압력을 받으면서 소금 속에 철분, 마그네슘, 칼슘 등의 미네랄 성분이 감싸지며 형성된 색상입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.유약은 도자기 표면에 바르는 일종의 액체 유리로 주로 이산화규소 성분의 규사나 석영이 주원료입니다. 유약의 투명한 유리 구조를 만드는 핵심 뼈대 역할을 하며, 장석, 석회석, 나무재, 붕사 등은 순수한 이산화규소의 높은 녹는점을 도자기가 잘 견딜 수 있게 해주는 역할을 합니다. 안정제는 산화알루미늄 성분으로 주로 점토에서 얻으며 유약이 열에 녹았을 때 촛농처럼 줄줄 흐르지 않도록 점성을 부여하고, 식은 후 유약층이 쉽게 깨지지 않게 돕습니다. 그리고 다채로운 색상을 빚어내는 발색체로 산화철과 산화동, 산화코발트 등의 금속 산화물을 사용합니다.주요 화학적 과정으로 유리화 반응은 이산화규소와 알루미나를 반응시켜 유해 성분을 결합하고 녹이는 과정으로 규칙적인 결정 구조가 깨지고 액체 형태를 거쳐 매끈한 비정질 유리 구조로 변합니다. 유약은 흙 표면에 단순히 붙어있는 것이 아니라, 녹는 과정에서 흙의 미네랄 성분과 화학적 반응으로 계면 반응층을 형성합니다. 가마 안의 산소 공급량에 따라 유약 속 금속 산화물의 화학 구조가 완전히 달라지는데, 산소 풍부하면 금속이 산소와 완전히 결합하여 녹색이나 붉은 갈색을 띠며, 산소가 차단되면 불완전 연소 과정에서 유약 속 금속의 산소를 빼앗아가 청자색이나 붉은빛의 진사색상을 띱니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.우리가 무심코 버린 플라스틱이 강과 하천을 타고 바다로 유입되면 햇빛이 잘 드는 수면에 뜨거나 해안가에 표류하게 되면서 강한 태양 에너지에 직접적으로 노출됩니다. 플라스틱은 탄소 분자들이 긴 사슬 형태로 강하게 결합된 고분자 화합물로 태양빛의 강한 자외선이 플라스틱 내부의 탄소 결합을 끊고 산화 반응을 유발합니다. 플라스틱이 자외선에 장기간 노출되면 탄성을 잃고 미세 균열이 생기며, 쉽게 바스러지는 상태로 변합니다.자외선의 노출로 인하여 약해진 플라스틱에 끊임없는 파도의 노출과 바닷속 자갈, 암초 등이 부딪쳐 마찰력이 생기면 약해진 균열 부위부터 조각조각 깨져 나가며 쪼개지고, 이 과정이 수개월에서 수년에 걸쳐 반복되면 미세 플라스틱으로 변합니다. 이렇게 작아진 미세 플라스틱은 플랑크톤이나 작은 어류가 이를 먹이로 착각해 섭취하게 되고, 먹이사슬을 따라 상위 포식자와 인간의 식탁으로 되돌아오는 악순환을 형성합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.화산 폭발 시 용암의 흐르는 성질을 결정하는 주요 요인은 이산화규소의 함량이며, 규소 산화물이 용암 내부에서 만드는 결합 구조의 복잡성이 점성의 차이를 만들어 냅니다. 규소 산화물은 마그마 내부의 규소와 산소는 기본 단위인 규산염 사면체를 형성합니다. 이산화규소 함량이 높아질수록 이 사면체들이 서로 산소를 공유하며 촘촘하고 복잡한 3차원 그물망 구조를 만들어 내는데, 촘촘하게 얽힌 복잡한 분자 구조는 용암이 흐를 때 입자 간 마찰이 최대가 되어 끈적거리는 고점성 상태가 되고, 반대로 이산화규소 함량이 적으면 구조적 결합이 단편화되어 물처럼 원활하게 흐르게 됩니다.낮은 점성은 마그마 내부의 수증기와 휘발성 가스가 쉽게 빠져나가므로 내부 압력이 쌓이지 않아 용암이 화구 밖으로 쉽게 흘러내리는 분출 형태를 띱니다. 반대로, 높은 점성은 끈적한 용암이 화구를 막아 마그마 내부의 가스가 빠져나가지 못하고 갇히게 됩니다. 이로 인해 화구 내부의 가스 압력이 높아지다가, 한계에 도달하는 순간 강렬한 폭발과 함께 화산재와 화산탄을 사방으로 뿜어내게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.특정 물질을 극저온으로 냉각하면 전기저항이 0이 되는 초전도 상태가 되는데, 이 물질을 초전도체라고 합니다. 초전도체는 외부 자기장을 자기 내부에서 완전히 밀어내는'완전 반자성을 띠게 되는데, 이런 현상을 마이스너 효과라고 합니다.자기부상 열차 하부에 설치된 초전도 자석이 선로 내 코일과 상호작용하면서 내부 자기장에 강력하게 반발하는 힘을 만들고, 이 반발력이 열차의 무게를 이겨내고 열차를 선로 표면으로부터 몇 cm 이상 띄운 채 레일과의 마찰을 완전히 없애주는 효과를 냅니다. 자기 부상 열차의 고속 추진 원리는 열차와 선로 사이에서 교대하는 전자기력에 의한 것으로 선로 측면에 설치된 코일에 교류 전류를 흘려보내 전자석의 극성을 실시간으로 빠르게 바꿔주면서 앞에서 끌어당기는 인력과, 뒤에서 밀어주는 척력이 동시에 작용합니다. 이 전자기적 파동을 컴퓨터 제어로 수초에 수천 번 빠르게 순환시킴으로써, 열차는 미끄러짐이나 기계적 마찰 저항 없이 속도를 가속될 수 있습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.형광펜을 칠한 글씨가 눈부시게 밝아 보이거나 자외선 아래에서 빛이 나는 이유는 형광펜 속 형광 염료 분자가 높은 에너지를 가진 짧은 파장의 빛을 흡수한 뒤, 에너지가 낮고 파장이 긴 가시광선으로 바뀌며 나오는 형광 현상 때문입니다.햇빛이나 전등, 자외선 조명 속에는 자외선이나 푸른색 계열의 빛이 포함되어 있습니다. 형광펜의 염료 분자가 이 고에너지 빛을 받으면, 내부의 전자가 에너지를 흡수하여 바닥 상태에서 에너지가 높은 들뜬 상태로 올라가게 되고 들뜬 상태의 전자는 매우 불안정해집니다. 불안정한 전자는 다시 안정해 지기 위해 바닥 상태로 돌아 가게 되면서 이때 에너지를 빛의 형태로 방출합니다. 이때 열로 일부 에너지를 잃었기 때문에 방출되는 빛의 에너지는 흡수했던 빛의 에너지보다 반드시 작아지게 되고, 에너지가 낮아졌다는 것은 빛의 파장이 길어졌다는 것입니다. 따라서 형광펜에 자외선 조명을 비추면, 형광 염료가 눈에 보이지 않는 자외선을 흡수한 뒤 파장이 길어져 눈에 보이는 가시광선으로 바뀌어 우리 눈에 보이게 되는 것입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.극지방의 밤하늘을 수놓는 오로라는 태양에서 날아온 전하 입자가 지구 자기장에 끌려와 대기 중의 기체 입자와 충돌하면서 발생하는 현상입니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.태양 표면의 폭발이나 활동으로 인해 발생하는 태양풍이 우주 공간에서 초속 수백 km의 속도로 지구를 향해 날아오면 지구는 거대한 자석과 같아서 외부 우주 방사선이나 태양풍을 막아주는 자기장을 형성하고 있습니다. 태양풍 입자 대부분은 지구 자기장에 의해 튕겨 나가지만, 일부 입자들이 지구 북극과 남극 주변의 대기권 안쪽으로 끌려 들어옵니다. 끌려 들어온 고에너지 입자들이 지구 상공의 대기권에 도달하면 산소나 질소 입자들과 강력하게 충돌하면서 빛을 내게 됩니다.빛은 대기 기체 입자가 태양풍 입자의 운동 에너지를 흡수하면서 전자 껍질의 전자가 더 높은 에너지 수준으로 올라갔다가 불안정해진 입자가 다시 안정해 지기 위해 낮은 에너지 상태로 돌아가면서 빛을 방출하는 데, 그 빛이 오로라입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.항생제 내성은 일반 세균내에서 돌연변이를 일으킨 세균의 등장으로 항생제의 공격에서 살아남아 자신의 저항성 유전자를 자손에 증식 및 전파하면서 발생하는 진화와 적응의 결과입니다. 특히 인간의 항생제 오남용으로 인해 내성 세균들이 기하급수적으로 가속화하고 있습니다.세균은 번식 속도가 급속도로 빨라 DNA 복제 과정에서 수많은 돌연 변이가 발생하는데, 이 중에 우연히 항생제 성분에 내성이 생기는 변종 세균이 발생하고, 항생제를 투여하면 약에 민감한 일반 세균은 사멸하지만, 내성 세균은 살아남아 폭발적으로 번식합니다. 내성 세균은 자신의 변이 유전자를 자손에게만 물려주지 않고, 플라스미드라는 고리형 DNA를 통해 다른 종의 세균에게도 내성 유전자를 직접 전달할 수 있습니다.내성을 유발하는 주요 원인으로 감기나 독감 같은 바이러스성 질환에는 세균 치료제인 항생제가 듣지 않음에도 오용하고 있어 잘못 복용으로 인한 내성 세균의 출현입니다. 또한, 증상이 조금 완화되었다고 처방된 항생제를 도중에 끊으면 약에 약한 균만 죽고 어설프게 견디던 세균들이 살아남아 완전한 내성 슈퍼박테리아로 진화합니다.