답변 내역

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.우리 몸속의 수소 원자핵(양성자)은 스스로 회전하는 스핀 성질이 있어 미세한 자석 역할을 합니다. 평소에는 무작위로 흩어져 있지만, MRI의 강한 자기장 속에 들어가면 양성자의 스핀 양자수 상태가 두 갈래로 정렬됩니다. 외부 자기장과 같은 방향인 에너지가 낮은 상태와, 반대 방향인 에너지가 높은 상태로 나뉘는 것입니다. 이때 상대적으로 안정한 낮은 에너지 상태의 양성자가 더 많아지면서 몸 전체에 자기적 흐름이 형성되고, 양성자들은 특정 주파수로 세차운동을 하게 됩니다.​여기에 양성자의 회전 주파수와 일치하는 전자기파를 쏘아주면 양성자들이 에너지를 흡수합니다. 이 공명 현상으로 인해 낮은 에너지 상태에 있던 스핀들이 에너지가 높은 상태로 전이됩니다.​이후 전자기파 공급을 중단하면 양성자들은 다시 안정적인 원래 상태로 돌아가려는 이완 과정을 거칩니다. 에너지가 높은 상태에서 낮은 상태로 떨어지면서, 흡수했던 에너지를 다시 전자기파 형태로 외부에 방출합니다.​신체 조직마다 수소 원자핵의 밀도와 주변 환경이 다르기 때문에, 원래대로 돌아가는 속도와 방출되는 자기파 신호의 세기에 차이가 발생합니다. MRI 장비는 이 신호 차이를 정밀하게 감지하고 컴퓨터로 계산하여 인체 내부를 선명한 단면 영상으로 재구성해 줍니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.주전자를 가열하면 불과 맞닿은 바닥 쪽 물이 먼저 100도에 도달해 미세한 수증기 기포들을 만듭니다. 하지만 이때 주전자 위쪽의 물은 아직 100도보다 낮은 차가운 상태를 유지하고 있습니다. 바닥에서 생긴 기포들이 부력에 의해 위로 떠오르다가 이 차가운 물을 만나면, 내부의 수증기가 순식간에 식어 다시 물로 응축됩니다.​기체가 액체로 변하면 부피가 급격히 줄어들기 때문에 기포가 순식간에 쪼그라들며 붕괴합니다. 이때 기포가 있던 빈 공간을 채우기 위해 주변의 물 분자들이 사방에서 거세게 몰려들어 중심에서 서로 강하게 부딪치는데, 이 과정에서 미세한 충격파가 발생합니다. 수많은 기포가 동시에 찌그러지며 물 분자들이 부딪치는 충격음이 한데 합쳐져 끓기 직전에 '쏴' 하는 특유의 시끄러운 마찰 소리로 들리는 것입니다.​반면 물이 완전히 팔팔 끓기 시작하면 주전자 전체의 물이 골고루 100도까지 뜨거워집니다. 이제는 바닥에서 발생한 수증기 기포가 위로 올라가도 차가운 물을 만나지 않기 때문에, 도중에 찌그러지지 않고 수면 위까지 안전하게 올라와 터지게 됩니다. 기포가 격렬하게 붕괴하며 물 분자들이 부딪치던 충격이 사라지기 때문에 날카로운 소리는 멈추고 막상 끓을 때는 조용해집니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.여름철 기온이 오르면 강이나 호수에 녹조 생물이 급격히 늘어나 수면을 뒤덮습니다. 이 현상이 물고기를 대량 폐사시키는 가장 큰 원인은 수중 산소의 고갈입니다. 녹조가 햇빛을 차단해 물속 식물의 광합성을 막을 뿐만 아니라, 수명을 다한 녹조 사체가 바닥에 가라앉아 썩을 때 수많은 미생물이 물속에 녹아 있는 산소를 거의 다 소모해 버립니다. 이로 인해 극심한 산소 부족 상태가 되어 물고기들이 숨을 쉬지 못하고 질식하게 됩니다.​또한 녹조를 일으키는 남조류 중 일부는 마이크로시스틴 같은 강한 독성 물질을 배출합니다. 이 독소가 물속에 퍼지면 물고기의 간과 신경계를 마비시켜 치명적인 손상을 입힙니다.​여기에 물리적인 피해도 더해집니다. 물속에 가득 찬 미세한 녹조 알갱이들이 물고기의 아가미에 엉겨 붙어 호흡 기관을 직접 막아버립니다.​결과적으로 녹조 현상은 물속 산소를 없애고 치명적인 독소를 내뿜으며 아가미까지 막아버리는 복합적인 문제를 일으켜 수중 생태계를 파괴하고 물고기를 대량 폐사하게 만듭니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.고무줄을 길게 잡아당기면 무작위로 엉켜 있던 긴 고분자 사슬들이 한 방향으로 곧게 정렬됩니다. 이 상태는 분자들의 배열이 매우 규칙적이고 질서 정연한 상태인데, 자연계의 물질은 기본적으로 이보다 더 무질서하고 자유로운 상태를 유지하려는 성질을 가지고 있습니다.​여기에 헤어드라이어로 뜨거운 바람을 쐬어주면 고무 분자들이 열에너지를 흡수하여 격렬하게 진동하기 시작합니다. 에너지를 얻은 분자들은 원래의 무질서한 상태로 되돌아가려는 성질이 강해지며, 곧게 펴져 있던 사슬들이 마구 움직이다가 다시 실타래처럼 엉키고 꼬이게 됩니다. 일직선으로 펴진 실을 흔들면 사슬이 뭉치면서 전체 길이가 짧아지는 것과 같은 원리입니다.​결과적으로 열에너지 때문에 분자들이 더 불규칙하게 꼬이려고 밀집하면서, 고무줄 전체의 길이가 줄어드는 수축 현상이 일어납니다. 일반적인 물체는 열을 받으면 부피가 늘어나는 열팽창을 하지만, 고무는 열역학적인 엔트로피 증가 법칙에 의해 오히려 수축하는 독특한 성질을 보입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.ICP-MS 없이 ICP-OES만으로 해수 속 1ppb 이하의 극미량 중금속을 분석하려면, 고농도 염분을 완전히 분리하면서 중금속만 선택적으로 100배 이상 모으는 동시 농축 전처리가 필수적입니다. 해수 속 나트륨과 염소 같은 염분은 플라즈마의 온도를 떨어뜨리고 기기 토치를 막히게 하며 신호를 방해하기 때문에 반드시 제거해야 합니다.​가장 추천하는 방법은 킬레이트 수지를 이용한 고체상 추출법입니다. 해수의 pH를 5에서 6 정도로 조절한 뒤 킬레이트 수지가 충진된 컬럼에 통과시키면, 나트륨이나 마그네슘 같은 염분 이온은 수지에 붙지 않고 그대로 흘러나갑니다. 반면 구리, 납, 아연, 카드뮴 같은 중금속은 수지에 강력하게 흡착됩니다. 이후 초순수를 흘려 수지에 남아있는 미량의 염분까지 깨끗이 씻어낸 뒤, 소량의 고농도 질산 용액을 통과시키면 수지에 붙어있던 중금속만 깨끗하게 녹아 나옵니다. 예를 들어 해수 1,000밀리리터를 통과시킨 후 최종적으로 질산 10밀리리터로 받아내면 100배가 농축되어 ICP-OES로 충분히 검출 가능한 농도가 됩니다.​또 다른 방법으로는 해수에 APDC 같은 킬레이트제를 넣어 중금속 착화합물을 만든 뒤, MIBK 같은 유기용매를 부어 흔드는 용매 추출법이 있습니다. 염분은 물 층에 남고 중금속은 유기용매 층으로 이동하므로 염분을 완벽히 분리할 수 있습니다. 기기 측정 시에는 감도가 훨씬 좋은 축방향 모드를 선택하고, 전처리 과정의 손실을 보정하기 위해 이트륨 같은 내부표준물질을 반드시 첨가하여 분석해야 정확한 값을 얻을 수 있습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.겨울철 도로에 생기는 포트홀은 물이 얼 때 발생하는 독특한 물리적 팽창 원리로 설명할 수 있습니다.​일반적인 물질은 고체가 될 때 부피가 줄어들지만, 물은 정반대입니다. 액체 상태의 물 분자들은 무질서하고 촘촘하게 뭉쳐 있지만, 영하의 한파로 온도가 낮아지면 분자들의 운동 에너지가 줄어들면서 서로 단단히 고정된 수소 결합을 형성합니다. 이때 물 분자들은 빈틈없이 겹치는 것이 아니라, 서로 일정한 거리와 각도를 유지하며 중심이 텅 빈 규칙적인 육각형 격자 구조의 네트워크를 만듭니다. 이 내부의 빈 공간 때문에 물이 얼음으로 상변화하면 부피가 약 9% 이상 크게 늘어나게 됩니다.​아스팔트 도로 표면의 미세한 균열 사이에 스며든 수분이 얼어붙을 때 바로 이 현상이 일어납니다. 균열에 갇힌 물이 육각형 구조로 얼어붙으며 부피가 9% 이상 팽창하고, 주변 아스팔트를 밀어내는 강력한 압력을 작용시켜 틈새를 강제로 벌립니다. 이후 날이 풀려 얼음이 녹으면 벌어진 틈은 텅 빈 공간으로 남게 되는데, 이 약해진 부위 위로 무거운 차량들이 반복해서 지나가면 충격을 버티지 못한 아스팔트가 결국 파이고 부서지며 포트홀이 발생하게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.레티놀 크림을 바른 상태에서 가스레인지 불로 요리하는 것은 권하지 않습니다. 질문하신 대로 레티놀은 빛과 열에 모두 취약한 성분입니다. 스마트폰 화면이나 실내 조명은 단순히 빛만 내뿜고 피부 온도를 높이지 않아서 괜찮지만, 가스레인지 불은 다릅니다. 가스불은 얼굴이 화끈거릴 정도의 강력한 복사열을 내뿜기 때문에 피부에 발라둔 레티놀 성분을 쉽게 파괴하고 효과를 떨어뜨립니다. 게다가 가스레인지의 파란 불꽃은 에너지가 강한 파장의 빛을 지니고 있어 성분 변질을 더 부추깁니다.​성분이 변하는 것보다 더 큰 문제는 피부 자극입니다. 레티놀은 피부 각질을 탈락시키고 세포 재생을 돕는 과정에서 피부를 일시적으로 아주 얇고 예민한 상태로 만듭니다. 이렇게 장벽이 약해진 상태에서 가스레인지의 뜨거운 열기와 요리할 때 발생하는 연기에 노출되면 피부가 쉽게 붉어지거나 화끈거릴 수 있고, 심하면 가려움증이나 접촉성 피부염 같은 부작용이 생기기 쉽습니다.​따라서 소중한 피부를 보호하고 제품의 효과를 제대로 보시려면 순서를 바꾸시는 것이 좋습니다. 저녁 요리와 설거지까지 주방 일을 완벽히 끝내고 난 뒤에 세안을 하시고, 잠들기 직전 스킨케어 마지막 단계에서 레티놀 크림을 바르는 것이 가장 안전하고 현명한 방법입니다. 만약 이미 바른 상태에서 급하게 요리를 해야 한다면 가스불과 최대한 거리를 두고 환풍기를 강하게 켜서 열기를 피해야 합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.피톤치드 원액 수용액을 분사해 새집 증후군을 해결하는 과정은 향기로 악취를 일시적으로 가리는 마스킹 효과와 달리 원인 물질을 아예 없애는 유기 화학적 정화 작용입니다.​일반 방향제는 코의 후각 세포가 악취를 인지하지 못하도록 더 강한 향을 덮을 뿐이어서 시간이 지나면 다시 냄새가 납니다. 반면 새집 증후군을 유발하는 포름알데히드 등의 악취 물질들은 대기 중에 불안정한 유기 화합물 분자 상태로 존재합니다. 이때 피톤치드를 분사하면 그 안에 포함된 테르펜류 같은 유기 활성 분자들이 공기 중으로 퍼져 나가 악취 유발 분자들과 직접 충돌합니다.​반응성이 매우 높은 피톤치드의 유기 활성 분자는 악취 유발 유기 화합물 분자와 만나는 즉시 직접적인 유기 화학 결합을 형성합니다. 이 과정에서 냄새를 유발하던 기존 유기 화합물의 고유한 분자 구조가 완전히 깨지거나 재배열되면서, 구조적으로 유해성과 냄새가 없는 새로운 무취의 물질로 변형됩니다.​결국 악취의 원인이 되는 유기 화합물 분자 자체가 화학적으로 분해되어 성질이 완전히 바뀌기 때문에 피톤치드 고유의 향이 공기 중으로 다 날아간 후에도 실내 공간의 악취와 유해 물질이 원천적으로 제거되는 효과를 보게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.우주 공간의 수많은 별들과 태양 내부에서 엄청난 양의 빛과 열에너지가 수십억 년 동안 끊임없이 방출되는 근본적인 이유는 바로 핵융합 반응 때문입니다.​태양을 비롯한 별들은 거대한 양의 수소 가스가 중력에 의해 중심부로 뭉치면서 형성됩니다. 이 강력한 중력으로 인해 별의 중심부는 상상을 초월하는 초고온과 초고압 상태가 됩니다. 태양 중심부의 경우 온도가 약 1,500만 도에 달하며, 압력은 지구 대기압의 수천억 배에 이릅니다.​이러한 극한의 환경에서는 수소 원자핵들이 서로 밀어내는 전기적인 척력을 이겨내고 충돌하여 더 무거운 원소인 헬륨 원자핵으로 합쳐지는데, 이를 핵융합이라고 합니다.​이 과정에서 에너지가 발생하는 핵심 원리는 질량 결손에 있습니다. 수소 원자핵 4개가 합쳐져 1개의 헬륨 원자핵을 만들 때, 반응 후의 헬륨 질량은 반응 전 수소 원자핵들의 총질량보다 아주 미세하게 줄어듭니다. 아인슈타인의 특수상대성이론을 나타내는 질량-에너지 등가 공식에 따르면, 이 사라진 아주 작은 양의 질량이 막대한 양의 에너지로 전환됩니다.​별의 중심부에서는 매초 엄청난 양의 수소가 헬륨으로 바뀌며 이 에너지를 쏟아냅니다. 생성된 에너지는 전자기파의 형태로 별의 내부를 거쳐 표면으로 전달된 뒤, 우주 공간으로 빛과 열의 형태로 사방에 방출됩니다. 별은 내부에 머금고 있는 수소 연료의 양이 워낙 방대하기 때문에, 이 핵융합 반응을 수십억 년에서 수백억 년 동안 안정적으로 유지하며 끊임없이 빛을 낼 수 있습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.기름때가 묻은 그릇을 뜨거운 물로 설거지하면 훨씬 잘 닦이는 이유는 기름의 물리적 성질 변화와 물의 역학적 특성 변화가 동시에 일어나기 때문입니다.​우선 기름 성분은 온도가 낮을 때 분자 간 인력이 강해 끈적끈적한 점도를 유지하며 그릇 표면에 단단히 달라붙어 있습니다. 하지만 물의 온도가 높아지면 기름 분자들이 열에너지를 얻어 활발하게 운동하게 됩니다. 이로 인해 분자 간 결합이 약해지면서 기름의 점도가 낮아지고 액체처럼 쉽게 흐르는 유동성이 커집니다. 굳어 있던 기름때가 흐물흐물하게 녹아내려 작은 물리적 자극에도 쉽게 떨어져 나갈 수 있는 상태가 되는 것입니다.​이와 동시에 물 자체의 성질도 변합니다. 찬물은 분자끼리 서로 끌어당기는 표면장력이 커서 기름 표면에 침투하지 못하고 겉돌지만, 물이 뜨거워지면 분자 운동이 활발해지면서 표면장력이 감소합니다. 표면장력이 줄어든 뜨거운 물은 청쇄 전해질 역할을 하며 기름과 그릇 표면 사이의 좁은 틈새, 즉 계면에 쉽게 파고드는 강력한 계면 침투력을 갖게 됩니다.​결국 뜨거운 물은 기름의 점도를 낮춰 유동성을 넓히는 동시에, 낮아진 표면장력으로 기름과 그릇의 경계면에 깊숙이 침투하여 기름때를 표면으로부터 들뜨게 만듭니다. 이러한 두 가지 효과가 결합하면서 찬물을 쓸 때보다 기름때가 수월하게 제거됩니다.