답변 내역

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.생선이 시간이 지나면서 표면의 단백질이 분해되면 트라이메틸아민이라는 물질이 생성됩니다. 이 물질은 전자를 내주기 쉬운 염기성을 띨 뿐만 아니라, 공기 중으로 쉽게 날아가는 휘발성이 매우 강합니다. 기체 상태로 증발한 트라이메틸아민 분자가 우리 코의 후각 세포에 도달하면서 불쾌한 비린내를 인식하게 됩니다. 레몬즙의 주성분은 산성을 띠는 시트르산입니다. 산성 물질은 다른 물질에게 수소 이온을 내어주는 성질을 가지고 있습니다.생선 표면에 레몬즙을 뿌리면, 염기성인 트라이메틸아민 분자가 산성인 시트르산으로부터 수소 이온을 받아들이는 중화 반응이 일어나면서 트라이메틸아민은 양전하를 띤 트라이메틸암모늄 이온으로 변하고, 시트르산 음이온과 결합하여 물에 잘 녹는 이온성 염을 형성합니다.원래 상태의 트라이메틸아민은 공기 중으로 잘 날아가는 휘발성 기체였지만, 중화 반응을 거쳐 형성된 염은 휘발성이 거의 없습니다. 분자가 공기 중으로 증발하여 코로 들어올 수 없는 비휘발성 상태로 생선 표면에 묶여 버리기 때문에, 우리 코는 비린내를 더 이상 맡을 수 없게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.액체가 끓는 현상은 액체 내부에서 발생하는 증기압이 액체 표면을 누르고 있는 외부 기압과 같아질 때 일어납니다. 평지에서 물은 100°C가 되었을 때 내부 증기압이 1기압에 도달하여 끓기 시작합니다. 반면 높은 산 위는 공기가 희박해 외부 기압이 1기압보다 낮기 때문에, 물이 100°C에 도달하기 전에 이미 끓어버립니다. 물은 일단 끓기 시작하면 계속 열을 가해도 온도가 더 올라가지 않으므로, 쌀을 익히기엔 낮은 온도로 유지되어 밥이 설익게 됩니다. 그런데 압력밥솥은 이 외부 압력을 인위적으로 높여 물의 끓는점을 끌어올립니다. 먼저, 밀폐된 압력밥솥을 가열하면 물이 수증기로 바뀌지만 밖으로 빠져나가지 못하고 갇히게 됩니다. 갇힌 수증기 분자들이 계속 밀집하면서 밥솥 내부를 강하게 누르게 되고, 용기 내부 압력은 일반 대기압의 약 2배까지 치솟습니다. 물이 기체로 탈출하려면 액체 내부의 증기압이 표면을 누르는 2기압의 힘을 이겨내야 하기 때문에 물 분자가 2기압에 맞설 만큼 강력한 증기압을 가지려면 분자 운동이 훨씬 격렬해져야 합니다. 이 높은 압력을 뚫고 물이 끓기 위해 필요한 온도는 약 120°C까지 올라갑니다. 이 높아진 열에너지가 쌀 알갱이 깊숙한 곳까지 빠르게 전달되어 녹말을 완전히 말랑하고 찰지게 익히게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.겨울에는 꽁꽁 어는 것을 막아주고, 여름에는 펄펄 끓어 넘치는 것을 막아주는 부동액은 화학에서는 이를 용액의 총괄성이라는 아주 자연스러운 현상으로 설명합니다. 핵심부터 말씀드리면, 부동액이 물을 덥히거나 차갑게 만드는 것이 아닙니다. 부동액 분자들이 물 분자들 사이에 끼어들어 물 분자가 기체로 날아가거나, 고체로 뭉치는 과정을 물리적으로 방해하기 때문입니다. 이 과정에 대해 설명해 드릴게요.순수한 물은 100°C가 되면 분자들이 자유롭게 표면을 탈출하려고 하지만, 물에 에틸렌 글리콜 같은 부동액 성분이 녹아 있으면, 이 부동액 분자들이 물 표면의 일부를 차지하고 있기 때문에 물 분자 입장에서는 탈출구가 좁아지고 부동액 분자들이 길을 막고 있는 셈입니다. 결과적으로 물 분자들이 표면을 뚫고 기체로 날아가려면 평소보다 더 많은 열에너지가 필요해집니다. 이 때문에 100°C에서 끓어야 할 냉각수가 105°C~110°C가 되어야 비로소 끓게 되는 것입니다.반대로 물이 얼 때는 물 분자들이 뭉쳐 규칙적인 얼음 결정을 만들어야 하는데, 이때도 부동액 분자가 중간에 끼어들어 결합을 훼방 놓습니다. 이 방해를 이겨내고 얼음이 되려면 물 분자의 움직임이 평소보다 훨씬 둔해져야 하므로 0℃보다 온도가 크게 떨어져야 합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.전자레인지는 불을 피워 겉면부터 열을 전달하는 것이 아니라, 마이크로파라는 파동 이용해 음식물 내부의 물 분자 스스로가 격렬하게 움직여 열을 내도록 만드는 방식입니다. 그 원리에 대해 설명해 드릴게요.전자레인지 내부의 마그네트론이라는 장치는 주파수가 약 2.45GHz(인 마이크로파를 뿜어냅니다. 마이크로파는 전기장의 방향이 위아래로 끊임없이 바뀌며 파동을 칩니다. 이 마이크로파가 음식물을 통과할 때, 음식물 속 수분에서는 격렬한 반응이 일어납니다.먼저, 외부에서 전기장이 걸리면, 나침반 바늘이 지구 자기장에 정렬하듯 극성을 띤 물 분자들도 전기장의 방향에 맞춰 스스로를 회전시켜 줄을 서려고 합니다. 그런데 마이크로파의 전기장 방향이 1초에 24억 번씩 뒤집힙니다. 물 분자들도 이 변화무쌍한 전기장의 방향을 따라잡기 위해 1초에 수십억 번씩 좌우로 방향을 틀며 회전해야 합니다. 음식물 내부는 물 분자들이 빽빽하게 뭉쳐 있는 상태인데, 수많은 물 분자들이 좁은 공간에서 엄청난 속도로 회전하다 보니, 주변의 다른 분자들과 끊임없이 충돌하고 비벼지며 강한 마찰을 일으킵니다. 이 분자 수준의 운동 에너지가 열에너지로 전환되면서 음식의 온도가 순식간에 올라가게 되는 것입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.먼저 한 가지 흔한 오해를 바로잡자면, 다이너마이트와 TNT는 서로 다른 폭약입니다. 다이너마이트의 주성분은 니트로글리세린이라는 액체 화합물이고, TNT는 그 자체로 고체 형태의 다른 폭발물입니다. 하지만 외부 산소 없이 폭발하는 화학적 원리는 두 물질 모두 동일합니다. 진공이나 밀폐된 공간에서도 이들이 엄청난 폭발을 일으킬 수 있는 이유는 분자 구조 내부의 산소에 있습니다.일반적인 연소 반응은 연료가 외부 공기 중의 산소와 만나야 일어나지만 고성능 폭약은 외부 공기가 필요 없습니다. TNT 분자 구조를 보면, 중앙의 탄소와 수소로 이루어진 연료 부분에 산소를 듬뿍 포함한 니트로기 3개가 결합되어 있습니다.즉, 불에 탈 연료와 불을 붙일 산소가 하나의 분자 안에 아주 조밀하고 불안정하게 묶여 있는 자체 산화제입니다.폭발 과정을 보면. TNT에 불꽃이나 뇌관의 강력한 충격이 가해지면, 이 불안정한 분자 내의 결합이 순식간에 끊어지면서 화합물의 분자 결합이 쪼개집니다. 떨어져 나온 원자들이 서로 짝을 바꾸어 질소 가스, 일산화탄소, 수증기 등 매우 결합력이 단단하고 안정적인 기체 분자로 순식간에 재결합합니다. 불안정한 상태에서 안정적인 상태로 뚝 떨어지면서 엄청난 양의 열에너지가 뿜어져 나옵니다. 이 열에 의해 고체였던 TNT가 순식간에 수천 도의 뜨거운 기체로 변합니다. 고체가 기체로 변하면 부피가 수천 배 팽창하면서 주변의 공기나 물질을 초음속으로 밀어냅니다. 이 거대한 압력파가 바로 건물을 부수고 땅을 파이는 폭발입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.과일의 껍질을 깎거나 자르면 과육의 세포가 파괴되는데, 이때 일어나는 화학 반응을 화학적으로 효소적 갈변이라고 합니다. 그 과정에 대해 설명해 드릴게요.과일 속에는 원래 폴리페놀이라는 화합물과 이를 산화시키는 폴리페놀 산화효소가 서로 다른 공간에 분리되어 있는데, 폴리페놀 산화효소가 촉매 작용을 하여 공기중에 산소와 만나 폴리페놀을 퀴논이라는 물질로 산화시킵니다. 생성된 퀴논은 반응성이 매우 높아, 주변의 아미노산이나 단백질과 결합하여 중합 반응을 일으켜 만들어지는 복잡한 흑갈색 색소가 바로 멜라닌이며, 이것이 우리 눈에 갈색으로 보이는 것입니다.갈변 현상을 늦추는 방법으로는 첫째로 깎은 과일을 물에 담가두면 과육 표면이 공기 중의 산소와 직접 접촉하는 것을 막을 수 있습니다. 특히 묽은 소금물이나 설탕물에 담그면 훨씬 효과적입니다. 둘째로 폴리페놀 산화효소는 중성 부근의 pH에서 가장 활발하게 작용하는데, 산성이 강한 레몬즙이나 오렌지 주스 등을 과일 표면에 뿌려 pH를 떨어뜨리면 효소의 활동이 크게 둔화됩니다. 또한 레몬즙에 풍부한 비타민 C는 이미 산화된 퀴논을 원래 상태로 되돌리는 환원제 역할을 하여 갈변을 막아줍니다. 마지막으로 대부분의 효소는 온도가 낮아지면 반응 속도가 느려집니다. 과일을 자른 후 밀폐 용기나 랩으로 싸서 산소를 차단한 뒤 냉장고에 보관하면 갈변을 늦출 수 있습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.우라늄은 자연계에 존재하는 원소 중 가장 무거운 원소 중 하나로, 스스로 방사선을 내뿜는 방사성 금속입니다. 특유의 물리적 특성 덕분에 현대 원자력 산업의 가장 핵심적인 물질로 자리 잡고 있습니다. 우라늄은 은백색의 무거운 금속으로, 철보다 약 2.5배, 납보다도 약 1.7배 더 무겁습니다. 자연 상태에서는 다른 원소들과 결합하여 광석 형태로 존재하며, 방사성 붕괴를 통해 아주 오랜 시간에 걸쳐 납으로 변해가는 성질이 있습니다.수많은 원소 중에서도 원자력 발전의 연료로 우라늄-235가 선택된 이유는 스스로 연쇄 반응을 일으키며 막대한 에너지를 낼 수 있는 특별한 성질 때문입니다. 우라늄-235 원자핵에 중성자 하나가 충돌하면, 원자핵이 바륨과 크립톤 등 더 가벼운 두 개의 원소로 쪼개지는데, 이때 분열 과정에서 2~3개의 새로운 중성자가 튀어나옵니다. 이 튀어나온 중성자들이 옆에 있는 다른 우라늄-235 원자핵과 다시 충돌해 핵분열을 일으키고, 이 과정이 기하급수적으로 반복되는 것을 연쇄 반응이라고 합니다. 이 반응이 지속되어야 발전기를 돌릴 수 있는 열을 끊임없이 얻을 수 있습니다.우라늄-235가 쪼개질 때, 분열되어 나온 조각들의 질량을 다 합쳐도 원래 우라늄의 질량보다 아주 미세하게 가볍습니다. 질량 결손이 질량-에너지 등가 원리에 의해 엄청난 형태의 열에너지로 변환됩니다. 우라늄 1g이 핵분열할 때 나오는 에너지는 석탄 3톤, 석유 9드럼을 태울 때 나오는 에너지와 맞먹는다고 합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.우리나라 전통 된장의 발효는 단순히 콩을 삭히는 과정이 아니라, 보이지 않는 수많은 미생물들이 환경과 상호작용하며 만들어내는 음식입니다. 이 과정에서 미생물과 발효 환경이 된장 특유의 깊은 맛과 뛰어난 풍미를 결정짓는 핵심적인 역할을 합니다. 된장 발효를 일으키는 미생물로는 고초균과 황국균, 그리고 우리가 잘 알고 있는 유산균과 효모가 있습니다. 고초균은 볏짚에 많이 분포하는 세균으로 된장 발효의 메인입니다. 끈적끈적한 분해 효소를 분비하여 콩의 거대 단백질을 작은 아미노산 단위로 잘게 쪼개는 역할을 합니다. 황국균은 메주에 피는 대표적인 곰팡이로 탄수화물을 분해하여 당분으로 만들고, 단백질 분해에도 일부 관여합니다. 그리고 유산균과 효모는 발효 후반부에 활동하며, 분해된 당을 먹고 유기산과 다양한 휘발성 향기 성분을 만들어내어 장맛을 복합적이고 풍부하게 만듭니다.미생물이 발효를 돕는 환경은 소금의 염도 조절과 전통 항아리의 미세한 구멍이 산소를 공급해주고 내부의 온도와 습도를 일정하게 유지해 줍니다. 이렇게 적당한 온도와 시간이 지나면 된장 고유의 감칠맛과 단맛을 만들어 내며, 아미노산과 당분이 긴 숙성 시간 동안 만나 갈변 반응을 일으킵니다. 이 과정을 통해 된장의 색이 짙은 갈색으로 변하고, 구수하고 묵직한 향미 물질이 완성됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.온실효과는 태양으로부터 들어오는 단파 복사에너지는 대기를 통과시키는 반면, 지구 표면에서 방출하는 장파 복사에너지는 대기 중의 온실가스가 흡수했다가 지표면으로 재방출하여 지구의 평균 기온을 유지하는 현상입니다. 자연 상태의 온실효과는 지구 평균 기온을 약 15도로 유지시켜 생명체가 살 수 있게 해주는 필수 현상입니다. 그러나 산업혁명 이후 과도한 온실가스 배출로 대기 중 열이 너무 많이 갇히면서 지구 온난화가 가속화되고 있습니다.​주요 원인 물질은 수증기를 포함하여 이산화탄소, 메탄, 이산화질소, ​불소계 가스 등이 있습니다.온실효과가 지구환경에 미치는 영향으로는 지구 평균 기온이 상승하면서 폭염, 가뭄, 폭우, 초강력 태풍 등 극단적인 기상 현상의 빈도와 강도가 급증합니다. 또한, 극지방 빙하 및 고산 지대 빙하의 융해와 바닷물의 열팽창이 결합하여 해수면이 상승하며, 저지대 해안 도시와 도서 국가가 침수 위협에 처합니다. 대기 중 이산화탄소가 바다에 과도하게 녹아들어 해양이 산성화됩니다. 이로 인해 산호초 백화 현상이 일어나고, 패류 등 칼슘 껍데기를 형성하는 생물들이 타격을 입어 해양 먹이사슬 전체가 흔들립니다. 마지막으로 기후대 이동으로 기존 농경지의 사막화가 진행되고, 용수 부족과 병충해 확대 등으로 인해 전 세계 식량 생산량이 불안정해집니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.라돈은 지각 속 우라늄과 라듐이 자연적으로 붕괴하는 과정에서 생성되는 비활성 방사성 기체입니다.라돈은 토양이나 화강암 같은 암석 속에 미량 포함된 우라늄이 라듐을 거쳐 알파 붕괴를 일으킬 때 생성됩니다. 토양 속에서 기체 상태로 존재하는 라돈은 건물 바닥의 미세한 균열, 배관 관통 부위, 벽면 틈새 등을 통해 실내로 들어옵니다. 또한 콘크리트나 석고보드 등 토양·암석을 원료로 한 건축 자재, 지하수 이용 과정에서도 방출될 수 있습니다.주요 특징은 기체 상태에서 색깔, 냄새, 맛이 전혀 없어 사람이 오감으로 감지할 수 없습니다. 또한, 공기보다 약 7.5배 무거워 환기가 잘 되지 않는 지하시설이나 밀폐된 실내 하부에 축적되는 경향이 강합니다. 방사선을 방출하는 기체로, 가장 흔한 라돈-222의 반감기는 약 3.82일입니다. 이 기간 동안 고에너지 알파 입자를 방출하며 지속적으로 붕괴합니다.라돈이 ​인체에 미치는 영향으로는 1급 발암물질로 호흡을 통해 체내로 들어온 라돈 기체는 다시 배출되기도 하지만, 숨을 쉬는 동안 라돈이 붕괴하면서 발생하는 라돈 자손이 폐포나 기관지 표면에 부착됩니다. 이 입자들이 방출하는 알파선은 투과력은 약하지만 유기 조직에 전달하는 에너지가 매우 큽니다. 알파선이 기관지 상피세포의 DNA를 직접 타격하여 파괴·변형시키고, 이러한 손상이 누적되면 세포 변이가 일어나 폐암으로 발전합니다.