답변 내역

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.질문자님 말씀처럼 날씨가 너무 덥네요. 낮에 잠깐만 밖에 일을 보러 나가도 온몸에 땀이 뒤범벅 되는 것 같아요.갑작스러운 폭염에 시원한 맥주가 간절하지만 일하는 중이라면, 얼음 가득한 탄산수에 매실 원액을 탄 음료를 드셔 보세요. 일반 물보다는 시원하면서도 당 보충도 될 수 있어 좋습니다. 마시는 순간 목구멍을 화하게 식혀주는 페퍼민트 티나, 몸의 열을 내려주는 냉보리차를 아침에 냉장고 넣어 두었다가 드셔보세요. 확실히 도움이 됩니다. 땀을 많이 흘려 기운이 빠질 때는 분말형 이온음료를 물에 타 마시면 빠르고 달콤하게 수분을 보충할 수 있습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.스마트폰 액정이나 자동차 창문이 일반 유리보다 몇 배 이상 강하고 안전한 것은 유리 표면에 물리적, 화학적으로 만들어 둔 강력한 압축 응력에 있습니다. 유리가 깨지는 근본적인 이유와 강화 유리의 종류별 작동 원리를 설명해 드릴게요.유리는 누르는 힘에는 매우 강하지만, 당기거나 늘리는 힘에는 극도로 약합니다. 일반 유리 표면에는 눈에 보이지 않는 미세한 균열들이 존재하는데, 유리가 충격을 받아 구부러지면 이 균열 부위에 늘어나는 힘이 집중되면서 균열이 순식간에 찢어지듯 퍼져 깨지게 됩니다. 강화 유리는 이 약점을 극복하기 위해 유리 표면을 안쪽으로 꽉 짓눌러 놓는 상태를 인위적으로 만들어 둔 것입니다.자동차 창문은 열 강화 유리로 온도 차이를 이용해 만듭니다. 안쪽에서 잡아당기는 힘 때문에 표면 분자들이 꽉 응축되어 강력한 압축 상태를 유지합니다. 충격을 받아도 표면이 눌려있기 때문에 균열이 벌어지지 않고 충격을 튕겨냅니다. 내부에는 에너지가 팽팽하게 응축된 상태로 갇히게 됩니다.스마트폰 액정은 화학 강화 유리로 스마트폰에 쓰이는 고릴라 글래스 등은 열 대신 이온을 교환하는 화학적 방법을 사용합니다. 얇은 유리판은 열로 급냉하면 열응력 때문에 휘거나 깨지기 때문입니다. 표면 공간에 비해 커다란 칼륨 이온들이 빽빽하게 들이차면서 유리 표면의 밀도가 급격히 높아지고, 서로를 밀어내는 막강한 표면 압축 응력층이 형성됩니다. 이 덕분에 스마트폰 유리는 극도로 얇으면서도 칼로 긁어도 흠집이 잘 나지 않고, 낙하 충격에도 잘 견디게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.나일론은 천연 원료를 일절 쓰지 않고 석유 화학 물질로부터 합성해 낸 인류 최초의 완전 합성 섬유입니다. 나일론이 어떻게 합성되는지 그 화학적 원리와 물질적 특징을 설명해 드릴게요.대표적인 나일론인 나일론 6,6은 헥사메틸렌다이아민과 아디프산의 작은 분자가 번갈아 결합하면서 물 분자가 빠져나가는 축합 중합 반응으로 합성됩니다. 반응 메카니즘을 보면, 한 분자의 아미노기와 다른 분자의 카르복실기가 만나 반응하고 이 과정에서 물 분자 한 개가 떨어져 나가면서 두 분자가 강력하게 연결되는 아미드 결합을 형성합니다. 이 반응이 양끝에서 무수히 반복되면서 길다란 고분자 사슬이 완성되며 아미드 결합이 계속 반복되므로 나일론은 화학적으로 폴리아미드 계열에 속합니다.나이론의 특징은 나선형으로 배열된 나일론 고분자 사슬들이 나란히 놓일 때, 사슬과 사슬 사이에 촘촘하고 강력한 수소 결합이 형성됩니다. 특히 방사 과정에서 섬유를 길게 늘려 주면 사슬들이 한 방향으로 정렬되면서 엄청난 인장 강도와 질긴 탄성을 갖게 됩니다. 또한, 면이나 모 같은 천연 섬유에 비해 마찰에 견디는 힘이 10배 이상 뛰어나 질기면서도 밀도가 낮아 매우 가볍습니다. 물 분자와 잘 결합하지 않아 수분 흡수율이 매우 낮습니다. 이 덕분에 물에 젖어도 형체가 변하지 않고 빠르게 마르는 장점이 있지만, 건조한 환경에서는 정전기가 잘 발생하는 원인이 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.검고 끈적한 원유에서 LPG, 휘발유, 경유, 아스팔트처럼 전혀 다른 성상의 물질들을 분리해내는 핵심 원리는 분별 증류이며, 이는 원유 속 탄화수소들의 끓는점 차이를 이용하는 기술입니다. 원유의 분리 과정과 화학적 원리를 설명해 드리도록 하겠습니다.원유는 탄소와 수소가 결합된 수많은 탄화수소 분자들의 복잡한 혼합물로 가벼운 탄화수소는 분자 간 끌어당기는 힘이 약해 끓는점이 매우 낮아 쉽게 기체로 날아갑니다. 반면, 무거운 탄화수소는 분자 구조가 크고 얽혀 있어 분자 간 힘이 강하며, 끓는점이 매우 높아 잘 기화하지 않고 끈적한 액체나 고체로 남습니다.정유 공장의 거대한 상압증류탑 내부에서는 이 끓는점 차이를 이용하여 시료를 분리하는데, 원유는 먼저 가열로에 들어가 약 350~400°C의 고온으로 급속 가열됩니다. 이때 아스팔트 성분 같은 극히 무거운 일부 찌꺼기를 제외한 대부분의 원유는 기체 상태로 변합니다. 상승하던 기체가 자신의 끓는점보다 낮은 온도의 층에 도달하면 다시 차가워져 액체로 응축됩니다. 끓는점이 높은 무거운 물질은 아래쪽 층에서 먼저 액체가 되어 밖으로 빠져나가고, 끓는점이 낮은 가벼운 물질은 더 높이 올라가서 상부의 층에서 액화됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.설탕만 넣고 가열할 때 진한 갈색과 달콤쌉싸름한 풍미가 만들어지는 현상은 대표적인 비효소적 갈변 반응인 캐러멜화입니다. 고기를 구울 때 일어나는 마이야르 반응과 달리, 캐러멜화는 단백질의 개입 없이 오직 당 분자가 높은 열에 의해 스스로 열분해되고 구조가 재편성되는 화학 반응입니다. 캐러멜화가 일어나는 과정을 설명해 드릴게요.단단했던 무색 무취의 설탕 결정이 열을 받아 녹으면서 투명한 액체가 됩니다. 약 160도 이상에 도달하면 결합이 깨지면서 자당이 포도당과 과당이라는 개별 당 분자로 쪼개지고, 온도가 더 올라가면 당 분자 내부에서 수분이 빠져나가는 탈수 반응이 진행됩니다. 이 과정에서 당 분자 사슬이 잘게 부서지며 공기 중으로 잘 날아가는 디아세틸, 퓨란, 에틸아세테이트 및 엠톨 같은 휘발성 향기 화합물이 만들어집니다. 잘게 쪼개졌던 중간 생성물들이 다시 서로 복잡하게 결합하면서 분자량이 큰 고분자 물질들을 합성해 냅니다. 이 고분자 물질들이 점성을 만들고 색은 짙은 갈색으로 변하게 됩니다.가열 시간이 길어질수록 원래 설탕이 가지고 있던 단순한 '단맛'의 당 분자 비율은 점점 줄어들고, 그 자리를 탄화 부산물과 탄소 사슬 구조인 캐러멜린 및 여러 유기산 물질들이 채우게 되면서, 단순했던 단맛에 깊은 복합성, 쌉싸름한 맛, 그리고 살짝 탄 듯한 풍미가 더해지게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.껍질을 깎은 사과나 바나나가 상온에서 갈색으로 변하는 것은 효소적 갈변 반응이라는 생화학적 현상 때문입니다. 과일의 갈변은 상온에서 효소와 공기 중의 산소가 만나 일어나는 반응입니다. 그 원리에 대해 설명해 드릴게요.과일 세포 내부에는 폴리페놀 화합물과 폴리페놀 산화 효소가 존재하는데, 칼로 껍질을 깎으면 격리되어 있던 폴리페놀 화합물과 폴리페놀 산화 효소가 섞이게 되고, 표면이 공기 중의 산소와 직접 만납니다. 폴리페놀 산화 효소가 산소를 촉매 삼아 무색의 폴리페놀 화합물을 공격해 반응성이 매우 강한 퀴논이라는 중간 물질로 산화시킵니다. 생성된 퀴논 분자들은 서로 강하게 엉겨 붙고, 아미노산 등과 결합하면서 최종적으로 갈색을 띠는 멜라닌 색소를 만들어 내면서 갈색으로 변하게 됩니다.과일이 굳이 맛없는 갈색으로 변하는 이유는 식물의 상처 부위 자가치료 및 방어 작용입니다. 세포가 깨졌을 때 생긴 퀴논 성분은 강력한 독성을 띠어 곰팡이나 세균 같은 병원균이 상처 부위로 침투하는 것을 막는 천연 항균제 역할을 합니다. 또한, 최종 산물인 멜라닌 색소는 단단하게 굳어 상처 부위를 덮는 일종의 생체 딱지 역할을 합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.다시마 육수나 MSG를 넣었을 때 입안 가득 퍼지는 깊은 풍미의 주역은 바로 글루탐산, 더 정확히는 물에 녹아 이온화된 형태인 글루타메이트 때문입니다. 글루탐산이 어떻게 우리의 뇌와 미각을 자극하여 음식의 맛을 비약적으로 높이는지 그 원리를 설명해 드릴게요.단백질 속에 결합되어 있을 때는 아무런 맛이 나지 않지만, 가열되거나 발효되어 단백질 사슬에서 풀어져 나온 유리 글루탐산 형태가 되면 비로소 미각을 자극합니다. 유리 글루탐산 분자가 감칠맛 수용체에 딱 들어맞는 열쇠처럼 결합하면, 미각 세포가 활성화되면서 미각 신경을 통해 뇌의 대뇌피질로 단백질이 풍부한 미식이라는 신호를 보냅니다.미각 수용체에 글루탐산이 결합할 때, 멸치나 고기 육수에 많은 이노신산이나 표고버섯에 많은 구아닐산이 수용체의 다른 부위에 함께 결합하면 수용체의 입체 구조가 바뀌는데, 이 구조 변화로 인해 수용체가 글루탐산을 가두어 놓듯 훨씬 더 강력하게 끌어당기게 되며, 단독으로 있을 때보다 감칠맛의 강도가 최대 7~8배 이상 증폭됩니다. 이것이 한국 요리에서 다시마와 멸치 조합으로 육수를 내는 과학적 이유입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.쿼크는 빅뱅 후 만들어진 기본입자이며, 더 이상 쪼개지지 않는 스페르미온입니다. 쿼크의 종류와 고유한 물리적 성질, 그리고 쿼크들이 결합하여 만들어내는 복합 입자들을 정리해 드립니다. 쿼크는 6개의 종류가 있으며 우리가 알고 있는 기본은 업 쿼크와 다운 쿼크이고, 이외에도 참 쿼크, 스트레인지 쿼크, 탑 쿼크, 바텀 쿼크가 있습니다.쿼크는 빛의 색상에 비유되는 색전하라는 독특한 양자수를 가집니다. 색전하를 띤 쿼크끼리는 글루온이라는 매개 입자를 주고받으며 원자핵을 유지시키는 우주에서 가장 강한 힘인 강력을 형성합니다. 쿼크는 단독으로 존재할 수 없으며, 쿼크 사이의 거리가 떨어질수록 강력은 고무줄처럼 오히려 더 강해집니다. 따라서 쿼크를 강제로 떼어내려고 에너지를 가하면, 그 에너지 자체가 질량으로 변하면서 새로운 쿼크-반쿼크 쌍이 생겨나 버립니다. 결과적으로 쿼크들은 항상 색전하의 합이 무색이 되는 조합으로만 뭉쳐 존재합니다. 쿼크들이 강력에 의해 결합하여 만들어진 무색의 복합 입자들을 강입자라고 부르며, 쿼크의 구성 방식에 따라 바리온과 메손으로 구분됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.전자친화도는 기체 상태의 중성 원자 1몰이 전자 1몰을 얻어 1가 음이온이 될 때 방출하는 에너지를 말합니다. 방출되는 에너지가 크다는 것은 전자를 추가할 때 계가 더 안정해짐을 의미하며, 해당 원자가 전자를 강하게 끌어당긴다는 뜻입니다.전자친화도는 주기에서 오른쪽으로 갈수록 유효 핵전하가 증가하고 원자 반지름이 감소합니다. 이에 따라 원자핵과 새롭게 들어오는 전자 사이의 끌어당기는 인력이 강해져 전자를 얻을 때 더 많은 에너지를 방출합니다. 같은 족에서는 아래로 내려갈수록 주양자수(n)가 커져 원자 반지름이 확대되고 전자 가림 효과가 증가합니다. 들어오는 전자가 원자핵으로부터 멀어지므로 인력이 약해져 방출되는 에너지가 줄어듭니다.​화학적 성질을 보면 전자친화도가 큰 원소(특히 17족 할로겐 원소)는 전자를 끌어당겨 음이온이 되려는 성질이 매우 강합니다. 이는 비금속성 반응성이 크다는 것을 의미하며, 반응 시 쉽게 음이온을 형성합니다. 또한, 전자친화도가 높은 원소는 주변의 다른 물질로부터 전자를 잘 빼앗아 옵니다. 따라서 자신은 환원되고 타인을 강하게 산화시키는 강한 산화제로 작용합니다. 마지막으로 이온화 에너지가 작아 전자를 잃기 쉬운 알칼리 금속이나 알칼리 토금속과, 전자친화도가 높아 전자를 얻기 쉬운 할로겐, 산소족 비금속이 반응하면 쉽게 격자 에너지가 높은 안정적인 이온 결합 화합물을 형성합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.리튬 배터리는 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 오가며 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 재충전 가능한 이차전지입니다.기본 작동 원리는 음극에 저장된 리튬 이온이 전해질을 거쳐 양극으로 이동합니다. 이때 리튬 이온과 분리된 전자가 외부 회로를 따라 이동하면서 전기를 발생시킵니다. 충전은 음극에 저장된 리튬 이온이 전해질을 거쳐 양극으로 이동합니다. 이때 리튬 이온과 분리된 전자가 외부 회로를 따라 이동하면서 전기를 발생시킵니다.주요 장점으로는 부피 및 무게 대비 전력 저장량이 많아 경량화가 필수적인 휴대용 IT 기기와 전기차에 매우 유리합니다. 또한, 완충, 완전 방전을 거치지 않고 수시로 충전해도 잔존 용량이 줄어들지 않습니다. 사용하지 않고 방치했을 때 스스로 방전되는 비율이 월 1~2% 수준으로 매우 낮아 보관 효율이 뛰어납니다.고려해야 할 문제점으로는 액체 전해질이 인화성 유기용매로 이루어져 있어, 과충전, 외부 충격, 내부 단락 발생 시 온도가 급격히 상승하며 연쇄 폭발 및 화재로 이어질 수 있습니다. 또한, 영하의 극저온에서는 전해질의 이온 이동성이 떨어져 방전 용량과 출력이 급감하며, 고온 환경에서는 수명 단축과 화재 위험이 증대됩니다. 마지막으로 충전, 방전을 반복할수록 음극 표면에 피막이 두꺼워지거나 리튬이 고체로 석출되어 전지 용량이 지속적으로 감소합니다.