답변 내역

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.주방용 실리콘 조리도구가 고온에서도 녹거나 변형되지 않는 이유는 분자의 뼈대를 이루는 화학 결합의 본질적인 세기 차이 때문입니다.​플라스틱이나 고무 같은 일반적인 유기 고분자 물질은 탄소와 탄소(C-C)가 길게 연결된 탄소 사슬을 기본 골격으로 합니다. 반면, 실리콘은 탄소 사슬 대신 규소와 산소(Si-O)가 번갈아 반복되는 시록산 결합(-Si-O-Si-)을 주 사슬로 가집니다.​화학적으로 규소와 산소의 결합은 탄소와 탄소의 결합보다 결합 에너지가 훨씬 높습니다. 탄소 간의 결합을 끊는 데 필요한 에너지보다 규소와 산소 간의 결합을 끊는 데 훨씬 더 큰 에너지가 필요하다는 의미입니다. 이 때문에 열을 가했을 때 실리콘의 규소-산소 공유 결합은 쉽게 끊어지지 않고 그 형태를 견고하게 유지할 수 있습니다.​또한 규소와 산소의 전기음성도 차이로 인해 이 결합은 강한 이온 결합적 성질을 함께 띠게 되며, 이는 분자 구조를 더욱 안정하게 만들어 줍니다. 따라서 가스불이나 오븐 같은 고온의 요리 환경에서도 주방용 실리콘은 분자 골격이 붕괴되지 않아 녹거나 변형되지 않고 안전하게 사용할 수 있습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.고등학교 과학 동아리 방탈출 부스라면 아주 흥미진진한 행사가 될 것 같네요. 비밀 펜이 없어도 주변에서 쉽게 구하는 재료로 어둠 속에서 글씨가 나타나게 만드는 과학적인 방법이 있습니다.​가장 추천하는 방법은 액체 빨래 세제를 이용하는 것입니다. 세제 안에는 옷을 더 하얗게 보이게 만드는 형광증백제 성분이 들어있는데요. 면봉에 액체 세제를 살짝 묻혀서 흰 종이에 글씨를 쓴 뒤 바짝 말려두면, 평소에는 투명해서 아무것도 보이지 않습니다. 이때 앞 조를 클리어한 학생들에게 보상으로 자외선 손전등을 주면 됩니다. 인터넷에서 블랙라이트나 자외선 랜턴을 검색하면 아주 저렴하게 구할 수 있습니다. 학생들이 어두운 방에서 이 자외선 불빛을 종이에 비추는 순간, 세제로 쓴 글씨가 파랗고 선명하게 야광처럼 빛나면서 다음 힌트가 나타나게 됩니다.​만약 일반 손전등을 보상으로 주고 싶다면 그림자나 빛의 투과를 이용해 보세요. 두꺼운 검은색 도화지에 송곳으로 글씨 모양을 따라 구멍을 촘촘하게 뚫어두는 방법입니다. 어두운 방안에서는 그냥 까만 종이처럼 보이지만, 손전등 불빛을 종이 뒤편에서 앞으로 비추면 빛이 구멍을 통과하면서 맞은편 벽이나 바닥에 글씨 모양이 그대로 투영됩니다.​이 방법들은 과학 동아리의 정체성도 살릴 수 있고 어두운 방탈출 분위기에도 아주 잘 어울려서 학생들이 미션을 풀 때 몰입감이 훨씬 높아질 것입니다. 준비 잘하셔서 멋진 부스 운영하시길 바랍니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.선글라스 렌즈 중 자외선을 받으면 어두워졌다가 실내에서 투명해지는 변색 렌즈는 할로겐화 은 결정의 가역적인 산화 환원 반응을 이용합니다. 유리 소재의 변색 렌즈 내부에는 미세한 염화 은이나 브롬화 은 결정과 함께 촉매 역할을 하는 염화 구리가 고르게 분산되어 있습니다.​햇빛이 강한 야외로 나가 자외선을 받으면 결정 내의 염화 이온이 빛 에너지를 흡수하여 전자를 잃고 염소 원자로 산화됩니다. 이때 떨어져 나온 전자를 주변에 있던 무색 투명한 은 이온이 받아들여 금속 은 원자로 환원됩니다. 환원된 금속 은 원자들이 서로 뭉쳐 미세한 입자를 형성하면서 빛을 차단하기 때문에 렌즈가 어둡게 변하게 됩니다.​반대로 자외선이 없는 실내로 들어오면 촉매인 염화 구리가 작용하여 역반응이 일어납니다. 먼저 일가의 구리 이온이 염소 원자에게 전자를 주어 자신은 이가의 구리 이온으로 산화되고 염소는 다시 염화 이온이 됩니다. 이어서 생성된 이가의 구리 이온이 빛을 막고 있던 금속 은으로부터 전자를 빼앗아 옵니다. 이 과정에서 금속 은은 전자를 잃고 다시 무색의 은 이온으로 산화되며, 구리 이온도 원래 상태로 돌아갑니다.​이처럼 성분들이 렌즈 내부에 갇힌 채 물질의 소실 없이 산화와 환원을 반복하기 때문에 실내외 환경에 따라 투명도가 가역적으로 변하게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.디젤 자동차에 요소수를 주기적으로 보충해야 하는 이유는 배기가스에 포함된 유해 물질인 질소산화물을 무해한 성분으로 정화하기 위해서입니다. 디젤 엔진은 고온, 고압 환경에서 연소하기 때문에 공기 중의 질소와 산소가 반응하여 미세먼지와 산성비의 원인이 되는 질소산화물을 다량 배출합니다. 이를 해결하기 위해 차량 배기장치에는 선택적 촉매 환원 기술인 에스시알 시스템이 장착되어 있으며, 여기에 사용되는 핵심 원료가 바로 요소수입니다.​요소수는 고순도의 요소를 증류수에 녹인 수용액입니다. 이 요소수가 뜨거운 배기가스 파이프 내로 분사되면 배기구의 높은 열에 의해 순간적으로 수분이 증발하면서 열분해와 가수분해 과정을 거치게 됩니다. 이 화학적 분해 과정을 통해 요소는 암모니아와 이산화탄소로 변환되는데, 이때 생성된 암모니아가 질소산화물을 제거하는 결정적인 역할을 합니다.​암모니아는 강력한 환원제 역할을 하여 촉매 장치 내부에서 질소산화물과 만나 화학 반응을 일으킵니다. 암모니아가 질소산화물에 포함된 산소를 떼어내는 환원 반응을 진행하면, 독성이 강했던 질소산화물은 대기 중에 흔한 무해한 질소 가스와 깨끗한 물로 완전히 전환되어 배출됩니다. 결과적으로 요소수가 고갈되면 암모니아가 생성되지 않아 유해 가스를 거를 수 없으므로, 환경 보호와 차량 정상 운행을 위해 요소수를 주기적으로 보충해야 합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.택배 상자로 무언가를 새로 만들 때 가장 먼저 신경 써야 할 부분은 박스 표면의 이물질을 종이가 상하지 않게 제거하는 것입니다. 보통 박스에 붙어 있는 테이프나 송장 스티커는 접착 성분이 고분자 물질이라 물로 잘 닦이지 않습니다. 이럴 때는 테이프 위에 헤어드라이어로 따뜻한 바람을 쐬어주면 접착 성분이 녹아내리면서 종이에 손상을 주지 않고 깔끔하게 떨어집니다. 테이프를 떼어내고 남은 끈적거리는 자국은 소독용 에탄올이나 물파스를 화장솜에 묻혀 살살 문지르면 깨끗하게 지워집니다. 접착제 성분이 에탄올이라는 용매에 녹아 나오는 원리입니다.​그다음은 유통 과정에서 묻은 먼지와 세균을 소독해야 합니다. 이때 물을 직접 뿌리거나 물티슈로 너무 강하게 닦으면 종이를 구성하는 분자 결합이 끊어져 박스가 울거나 흐물흐물해집니다. 따라서 마른 천에 소독용 에탄올을 살짝 묻혀 표면을 가볍게 쓸어내듯 닦아주는 것이 좋습니다. 에탄올은 살균을 해주면서도 휘발성이 강해 종이를 적시지 않고 금방 증발하기 때문입니다. 닦아낸 박스는 햇빛이 잘 들고 바람이 통하는 곳에 잠시 두면 자외선에 의해 미생물이 2차로 살균되고 잔여 수분도 날아가 박스가 다시 빳빳해집니다.​마지막으로 박스 특유의 퀴퀴한 냄새는 박스 안쪽에 베이킹소다 가루를 뿌려두거나 주머니에 담아 넣어두면 알카리성 성분이 악취를 중화하고 흡착해 줍니다. 하루 정도 뒤에 가루를 털어내고, 표면에 바니시를 바르거나 시트지를 붙여주면 외부 습기를 차단하는 보호막이 생겨 오랫동안 깨끗하게 형태를 유지할 수 있습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.택배 상자로 무언가를 새로 만들 때 가장 먼저 신경 써야 할 부분은 박스 표면의 이물질을 종이가 상하지 않게 제거하는 것입니다. 보통 박스에 붙어 있는 테이프나 송장 스티커는 접착제 성분이 고분자 물질이라 물로 잘 닦이지 않고 억지로 떼면 종이가 찢어집니다. 이럴 때는 화학적으로 접착제를 부드럽게 만들어주는 열역학적 방법을 쓰는 것이 좋습니다. 테이프 위에 헤어드라이어로 따뜻한 바람을 쐬어주면 접착 성분이 녹아내리면서 종이에 손상을 주지 않고 깔끔하게 떨어집니다. 테이프를 떼어내고 남은 끈적거리는 자국은 소독용 에탄올이나 약국에서 파는 물파스를 화장솜에 묻혀 살살 문지르면 깨끗하게 지워집니다. 접착제 성분이 에탄올이라는 유기용매에 녹아 나오는 원리입니다.​그다음은 유통 과정에서 묻은 눈에 보이지 않는 먼지와 세균을 소독해야 합니다. 이때 물을 직접 뿌리거나 물티슈로 너무 강하게 닦으면 종이를 구성하는 셀룰로오스 분자 사이의 수소 결합이 끊어져 박스가 울거나 흐물흐물해집니다. 따라서 마른 천에 소독용 에탄올을 살짝 묻혀 표면을 가볍게 쓸어내듯 닦아주는 것이 좋습니다. 에탄올은 세균의 세포막을 파괴해 살균을 해주면서도, 휘발성이 강해 종이를 적시지 않고 금방 증발하기 때문입니다. 닦아낸 박스는 햇빛이 잘 들고 바람이 통하는 곳에 잠시 두면 자외선에 의해 미생물이 2차로 살균되고 잔여 수분도 날아가 박스가 다시 빳빳해집니다.​마지막으로 박스 특유의 퀴퀴한 냄새는 종이 제조나 유통 중에 밴 산성 악취 분자 때문인데, 박스 안쪽에 베이킹소다 가루를 뿌려두거나 주머니에 담아 넣어두면 알카리성 성분이 악취를 중화하고 흡착해 줍니다. 하루 정도 뒤에 가루를 털어내고, 만들기 직전에 표면에 바니시를 바르거나 시트지를 붙여주면 외부 습기를 차단하는 보호막이 생겨 오랫동안 깨끗하게 형태를 유지할 수 있습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.콘택트렌즈 세척액에 들어 있는 EDTA 성분이 칼슘 등의 금속 이온을 제거하는 원리는 다자리 배위 결합을 통한 킬레이트 효과로 설명할 수 있습니다. 렌즈 표면에 달라붙는 칼슘이나 마그네슘 같은 이온들은 눈물 속 성분과 결합해 물에 잘 녹지 않는 침착물을 만듭니다. 이때 EDTA 분자는 이 금속 이온들을 유연하게 감싸 쥐며 결합을 시도합니다.​EDTA 분자 구조에는 전자를 일방적으로 제공할 수 있는 비공유 전자쌍이 질소 원자에 2개, 아세트산기의 산소 원자에 4개로 총 6군데 존재합니다. 이 6개의 자리가 일종의 화학적 집게발 역할을 하여 하나의 금속 이온을 중심으로 동시에 결합을 형성하는데, 이를 배위 결합이라고 합니다.​한 분자가 사방에서 금속 이온을 완전히 에워싸기 때문에 금속 이온은 EDTA 중심부의 안정적인 고리 구조 안에 완전히 갇히게 됩니다. 이 모습이 마치 게가 집게발로 물건을 꽉 움켜쥔 모양과 같다고 하여 킬레이트 화합물이라고 부릅니다.​금속 이온이 렌즈 표면에 붙어 있는 힘보다 EDTA가 입체적으로 움켜쥐는 힘이 훨씬 강하기 때문에 침착되어 있던 칼슘 이온들이 렌즈에서 떨어져 나오게 됩니다. 이렇게 EDTA에 포착된 금속 착화합물은 겉면이 물과 잘 친해지는 수용성 구조로 바뀌기 때문에, 렌즈 표면에서 분리되어 세척액 속으로 쉽게 녹아 나가며 제거됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.상추를 씻어서 밀폐 용기에 보관하면 그냥 둘 때보다 신선함이 오래 유지되는 이유는 수분 증발을 막아 식물 세포의 팽압을 견고하게 유지하기 때문입니다.​식물의 세포막은 내부의 액포에 물이 가득 차면 세포벽을 밀어내는 힘을 받게 되는데, 이를 팽압이라고 합니다. 상추처럼 줄기가 부드러운 초본성 식물은 세포를 지탱하는 단단한 목질이 부족하기 때문에, 세포 하나하나의 팽압이 높은 상태를 유지해야 전체적인 잎과 줄기가 빳빳하고 아삭한 상태를 유지할 수 있습니다.​상추를 그냥 방치하면 잎 표면의 기공을 통해 수분이 계속해서 공기 중으로 증발하는 증산 작용이 일어납니다. 수분이 지속적으로 상실되면 세포 내부의 수분량이 줄어들어 액포의 부피가 축소되고, 결국 세포벽을 밀어내던 팽압이 급격히 감소합니다. 팽압이 떨어지면 세포가 쪼그라들면서 식물 전체가 시들고 흐물흐물해지는 위조 현상이 발생합니다.​반면 상추를 물에 씻어서 밀폐 용기에 담아두면 전혀 다른 환경이 조성됩니다. 상추 겉면에 묻은 수분이 증발하면서 밀폐 용기 내부의 공기를 빠르게 수증기로 포화시킵니다. 내부 습도가 대기압 상태의 상대습도 100%에 가깝게 유지되면, 상추 안팎의 수분 잠재력 차이가 줄어들어 상추 자체에서 일어나는 수분 증발(증산 작용)이 억제됩니다.​결과적으로 상추는 세포 내부의 수분을 빼앗기지 않고 가득 머금을 수 있게 되며, 높은 팽압이 지속적으로 유지되어 오랜 시간 동안 시들지 않고 아삭하고 신선한 상태를 유지하게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.수돗물이 흰색으로 변했다가 투명해지는 백수 현상은 수압과 기체의 용해도 관계를 보여주는 대표적인 물리 현상입니다. 기체는 압력이 높을수록 액체에 더 잘 녹는데, 이를 헨리의 법칙이라고 합니다. 아파트 배관 내부나 가압 펌프 주변은 수압이 매우 높기 때문에 평소보다 많은 양의 공기가 물속에 억지로 녹아들어가 과포화 상태가 됩니다.​그러다 우리가 수도꼭지를 틀면 물이 배관 밖으로 나오면서 가해지던 높은 압력이 갑자기 일반 대기압 수준으로 뚝 떨어집니다. 압력이 낮아지면 물이 머금을 수 있는 공기의 양도 급격히 줄어들기 때문에, 물속에 과도하게 녹아 있던 공기들이 순식간에 밖으로 빠져나오게 됩니다.​이때 빠져나온 공기들이 눈에 보이지 않을 정도로 아주 미세한 기포를 형성하며 물속에 가득 차게 되는데, 이 기포들이 빛을 사방으로 난반사하면서 우리 눈에는 물이 우윳빛이나 흰색으로 오염된 것처럼 보이게 됩니다. 탄산음료 뚜껑을 열었을 때 기압이 낮아지며 거품이 생기는 것과 정확히 같은 원리입니다. 기포들은 공기이므로 시간이 지나면 가벼워서 위로 떠올라 대기 중으로 날아가고, 물은 다시 원래대로 투명해집니다. 따라서 이는 수질 오염이나 소독약 때문이 아니라 단순한 공기 방울이므로 안심하고 사용하셔도 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.식용유를 불 위에 오래 방치했을 때 불이 붙는 현상은 식용유가 외부 점화원 없이 스스로 타오를 수 있는 온도인 발화점에 도달했기 때문입니다. 식용유를 계속 가열하면 온도가 높아지면서 내부 성분이 열분해되기 시작하고, 액체 표면에서 가연성 증기가 뿜어져 나옵니다. 이때 눈에 보이는 자욱한 연기가 바로 불에 탈 수 있는 가연성 증기입니다.​여기서 가열이 지속되면 증기의 양이 늘어날 뿐만 아니라 식용유 자체의 열에너지도 극대화됩니다. 물질에 불이 붙는 온도에는 인화점과 발화점이 있습니다. 인화점은 불꽃을 갖다 대었을 때 불이 붙는 온도인 반면, 발화점은 불씨가 없어도 오직 열 축적만으로 공기 중의 산소와 반응해 스스로 타기 시작하는 최저 온도입니다. 식용유의 발화점은 대략 섭씨 360도에서 400도 사이입니다.​방치된 식용유의 온도가 이 발화점에 도달하면 가연성 증기와 주변 산소가 만나 격렬한 화학 반응을 일으킬 만큼 충분한 에너지를 갖추게 됩니다. 이때부터는 성냥이나 라이터 불꽃이 없어도 과열된 증기가 공기와 결합해 스스로 불꽃을 터뜨리며 화재로 이어집니다. 불이 붙은 후에는 연소 과정에서 발생하는 열이 남은 식용유를 계속 기화시키므로, 냄비를 불에서 내려놓아도 스스로 온도를 유지하며 지속적으로 타오르게 됩니다.