답변 내역

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.오존층은 태양의 유해 자외선을 막아 지구 생명체를 지키는 방패 역할을 합니다. 하지만 과거 냉매로 널리 쓰인 프레온 가스가 대기 중으로 배출되면서 오존층을 파괴하는 주범이 되었습니다. 프레온 가스는 지표면에서는 매우 안전하지만 분해되지 않고 성층권까지 올라가는 성질이 있습니다. 성층권에 도달한 가스는 강한 자외선을 받아 분해되면서 염소 원자를 방출합니다. 이 염소 원자가 오존 분자와 반응하여 산소로 바꾸는데, 이 과정에서 염소 원자는 사라지지 않고 재사용됩니다. 결과적으로 염소 원자 하나가 수만 개의 오존 분자를 연쇄적으로 파괴하여 오존층에 구멍을 내게 됩니다.​이로 인해 지표면에 도달하는 자외선이 늘어 인류의 건강과 생태계가 위협받자 국제사회는 신속하게 공동 대응에 나섰습니다. 먼저 1985년 비엔나 협약을 통해 오존층 보호를 위한 협력 원칙을 세웠고, 1987년에는 이를 실천하기 위한 구체적인 규제 방안인 몬트리올 의정서를 채택했습니다. 몬트리올 의정서는 역사상 가장 성공적인 환경 협약으로 평가받으며, 프레온 가스를 비롯한 오존층 파괴 물질의 생산과 사용을 단계적으로 줄여 전면 금지하는 로드맵을 전 세계에 적용했습니다. 이후에도 대체 냉매의 온실효과 문제를 해결하기 위해 키갈리 개정서를 채택하는 등 규제를 보완해 왔습니다. 이러한 전 세계적 공조 덕분에 오존층 파괴 물질 배출량은 극적으로 감소했으며, 오존층은 점차 회복되어 수십 년 내에 과거 수준으로 돌아갈 것으로 전망됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.프레온 가스는 화학적으로 매우 안정된 화합물로, 냄새와 색이 없고 인간에게 독성이 없으며 불에 타지 않는 안전한 성질을 지니고 있습니다. 또한 기화와 액화가 쉽게 일어나 열을 이동시키는 효율이 매우 뛰어납니다. 프레온 가스가 개발되기 전에는 냉매로 암모니아처럼 폭발 위험이 크거나 독성이 강한 물질을 사용하여 사고가 잦았습니다. 반면 프레온 가스는 안심하고 사용할 수 있는 데다 금속을 부식시키지 않고 가격도 저렴하여 냉장고와 에어컨의 냉매로 전 세계에 빠르게 보급되었습니다.​하지만 이 뛰어난 화학적 안정성이 환경에는 치명적인 결과를 낳았습니다. 지표면에서 유출된 프레온 가스는 분해되지 않고 성층권까지 그대로 올라갑니다. 성층권에 도달한 가스는 강한 자외선을 받아 분해되면서 염소 원자를 방출하는데, 이 염소 원자가 오존 분자를 파괴하는 촉매 역할을 합니다. 염소 원자 하나가 수만 개의 오존 분자를 연쇄적으로 파괴하면서 지구의 방패 역할을 하던 오존층이 얇아졌고, 이로 인해 지표면에 도달하는 유해 자외선이 늘어나 인류의 피부암 발생률이 높아지고 생태계가 교란되었습니다. 게다가 프레온 가스는 이산화탄소보다 수천 배 이상 강력한 온실효과를 일으켜 지구온난화를 가속하는 원인이 되기도 했습니다. 이에 따라 국제사회는 협약을 맺고 이 물질의 사용을 전면 규제하게 되었습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.식빵을 토스트기에 넣고 구우면 아무것도 바르지 않아도 달콤하고 고소한 맛이 나는 이유는 빵을 이루는 성분이 열을 받아 성질이 변하기 때문입니다.​가장 중요한 원인은 밀가루의 대부분을 차지하는 전분의 변화에 있습니다. 밀가루 속 전분은 거대한 탄수화물 덩어리라서 원래는 단맛이 잘 느껴지지 않습니다. 하지만 토스트기의 높은 열을 받으면 이 거대한 분자들이 맥아당이나 포도당처럼 크기가 작은 당류로 쪼개집니다. 우리 혀는 분자 크기가 작아진 당을 곧바로 단맛으로 인식하기 때문에 빵을 굽는 것만으로도 달달한 맛이 살아나게 됩니다.​여기에 더해 쪼개진 당 성분들이 160도 이상의 높은 열을 계속 받으면 스스로 열분해를 일으키는 캐러멜화 반응이 일어납니다. 설탕을 불에 달구면 달고나처럼 변하면서 특유의 진한 달콤함과 풍미가 생기는 것과 같은 이치입니다.​동시에 밀가루 속에 미량 포함된 단백질 성분인 아미노산이 이 당류들과 결합하면서 마이야르 반응이라는 또 다른 화학 반응을 일으킵니다. 이 과정에서 수백 가지의 새로운 향미 물질과 갈색 색소가 만들어지는데, 이것이 우리가 코와 입으로 느끼는 토스트 특유의 고소하고 매력적인 풍미의 실체입니다.​결국 식빵이 구워지면서 달고 맛있어지는 것은 사람이 인위적으로 무언가를 첨가해서가 아니라, 밀가루 속에 숨어 있던 탄수화물과 단백질이 강한 열을 만나 단맛과 고소한 향을 내는 물질로 재조합되었기 때문입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.아이오딘 가용액이 병원균을 살균하는 핵심 원리는 강력한 산화력과 우수한 세포막 투과성에 있습니다. 주성분인 포비돈 요오드는 상처 부위의 수분과 만나면서 소독 작용을 일으키는 자유 아이오딘 분자를 지속적으로 방출합니다. 이 아이오딘 분자는 전기적으로 중성을 띠는 비극성 물질이기 때문에, 세균이나 바이러스 같은 미생물의 지질 세포막을 손쉽게 통과하여 내부로 침투할 수 있습니다.​미생물 내부로 들어간 아이오딘은 세포의 생존과 대사에 필수적인 단백질과 유전물질을 무차별적으로 공격합니다. 특히 단백질을 구성하는 아미노산 중 티로신의 벤젠 고리에 결합하여 구조를 변형시키고, 시스테인의 황산화물인 티올기를 강하게 산화시켜 정상적인 이황화 결합을 끊어버립니다. 단백질은 입체 구조가 변하면 기능을 상실하므로 대사에 필요한 핵심 효소들이 즉각 마비됩니다.​이와 동시에 유전물질인 DNA와 RNA의 염기 구조를 산화시켜 복제 기능을 차단하고, 세포막의 불포화 지방산을 파괴하여 세포의 형태를 무너뜨립니다. 특정 표적에만 작용하는 항생제와 달리, 아이오딘은 미생물의 생체 구조 전체를 물리적, 화학적으로 동시다발적으로 파괴하기 때문에 병원균이 이에 대한 내성을 가질 수 없다는 특징이 있습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.밀가루 반죽에 이스트를 넣으면 빵이 부풀어 오르는 과정은 효모의 생명 활동과 밀가루의 특성이 결합한 흥미로운 화학 반응입니다. 반죽이 시작되면 밀가루 속 효소들이 전분을 맥아당으로 쪼개고, 이스트가 이를 다시 가장 단순한 당류인 포도당으로 분해합니다. 포도당을 확보한 이스트는 반죽 내부처럼 산소가 없는 환경에서 살아남기 위해 이를 에너지원으로 소화하는 알코올 발효를 시작합니다. 이 과정에서 포도당은 에탄올과 이산화탄소 가스로 전환됩니다. 이때 생성된 이산화탄소 가스는 반죽을 치대는 과정에서 형성된 끈끈한 단백질 그물망인 글루텐 구조 사이에 갇히게 됩니다. 가스가 밖으로 빠져나가지 못하고 팽창하면서 반죽 내부에 수많은 미세한 기포를 만들고, 이로 인해 반죽 전체가 풍선처럼 부풀어 오릅니다. 이후 반죽을 오븐에 넣고 구우면 높은 열 때문에 이산화탄소 가스와 수분이 급격히 팽창하며 빵이 한 번 더 크게 부풀어 오르는 오븐 스프링 현상이 일어납니다. 온도가 더 올라가면 이스트는 사멸하고 반죽 구조가 굳어지며, 발효 과정에서 함께 생겼던 에탄올은 열에 의해 기화되어 날아가면서 빵에 고소하고 풍부한 향취만 남기게 됩니다. 이처럼 이스트의 대사 작용 덕분에 딱딱한 밀가루 반죽이 부드럽고 폭신한 빵으로 재탄생합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.감자를 물에 담가두었을 때 전분이 가라앉는 현상은 물질의 밀도 차이와 지구의 중력 때문에 일어나는 현상입니다. 감자를 채 썰면 세포가 파괴되면서 그 안에 있던 미세한 전분 입자들이 물속으로 빠져나오게 됩니다. 처음에는 물을 젓거나 채를 써는 힘 때문에 전분 가루들이 물속 사방으로 흩어져 떠다니기 때문에 물이 전체적으로 뿌옇게 보입니다.​하지만 물을 가만히 움직이지 않고 두면 사정이 달라집니다. 전분 입자는 아주 작지만 물보다 밀도가 눈에 띄게 높고 더 무거운 물질입니다. 밀도가 크다는 것은 같은 부피당 무게가 더 많이 나간다는 뜻이며, 그만큼 지구가 아래로 끌어당기는 중력의 힘을 더 강하게 받게 됩니다.​물속에 떠 있는 전분 입자는 위로 뜨려는 부력과 물 분자들이 가로막는 저항을 동시에 받지만, 워낙 무겁다 보니 중력이 이 방해하는 힘들을 가볍게 이겨냅니다. 결국 시간이 지나면서 물의 흐름이 차분해지면 무거운 전분 입자들은 아래로 조금씩 덜어지게 됩니다. 크기가 큰 입자들부터 시작해서 미세한 가루들까지 차례대로 바닥으로 내려앉으면서 바닥에는 하얀 전분 층이 촘촘하게 쌓이고, 위쪽에는 전분이 빠져나간 투명한 물만 남아서 위아래가 깔끔하게 분리되는 것입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.선식을 탈 때 따뜻한 물을 쓰면 찬물보다 훨씬 빠르고 쉽게 풀리는 현상은 온도가 올라감에 따라 물 분자의 움직임이 활발해지기 때문입니다. 물이나 선식 가루 같은 모든 물질은 눈에 보이지 않는 미세한 입자들로 이루어져 있고 이 입자들은 스스로 끊임없이 움직이고 있습니다.​온도가 높아진다는 것은 물 분자들이 가진 열에너지가 많아진다는 뜻입니다. 에너지를 얻은 물 분자들은 찬물일 때보다 훨씬 빠르고 격렬하게 돌아다니는 열운동을 하게 됩니다. 이렇게 사방으로 거칠게 움직이는 물 분자들은 선식 가루 입자들과 더 자주, 그리고 더 강하게 부딪치게 됩니다. 이 충돌 과정에서 뭉쳐 있던 선식 가루 입자들이 쉽게 부서지고 사방으로 튕겨 나가게 됩니다.​동시에 분자들의 확산 속도도 함께 빨라집니다. 확산은 물질을 이루는 입자들이 스스로 퍼져 나가는 현상인데, 물 분자가 빠르게 움직이며 공간을 만들어주고 가루 입자들을 밀어내면서 선식 성분이 물 전체로 퍼지는 속도가 비약적으로 증가합니다.​결과적으로 물 분자의 거친 움직임이 선식 덩어리를 빠르게 부수고, 활발한 확산이 부서진 가루들을 물속 구석구석으로 신속하게 이동시켜 주기 때문에 따뜻한 물에서 선식이 덩어리지지 않고 잘 녹아들게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.겨울철 한파가 몰아칠 때 아파트 보일러 배관이 얼어 터지는 현상은 물이 얼면서 부피가 크게 늘어나기 때문입니다. 대부분의 물질은 액체에서 고체로 변할 때 입자들이 촘촘하게 굳어지면서 부피가 줄어들지만, 물은 정반대로 고체인 얼음이 될 때 부피가 9% 이상 늘어나는 독특한 성질을 가지고 있습니다.​이러한 현상이 일어나는 근본적인 원인은 물 분자 사이의 수소 결합이라는 특수한 힘 때문입니다. 물 분자는 산소 하나와 수소 두 개가 결합해 있는데, 산소 쪽은 미세한 음전하를 띠고 수소 쪽은 양전하를 띱니다. 액체 상태의 물에서는 분자들이 비교적 자유롭고 활발하게 움직이기 때문에, 이 전하들이 서로 끌어당기고 밀쳐내며 불규칙하고 촘촘하게 엉켜 있습니다.​하지만 온도가 영하로 떨어져 물이 얼기 시작하면 분자들의 움직임이 둔해집니다. 이때 물 분자들은 서로의 양전하와 음전하 부분이 가장 안정적으로 결합할 수 있는 일정한 거리를 유지하며 고정되는데, 이 과정에서 분자들이 육각형 모양의 규칙적인 격자 구조를 이루게 됩니다. 육각형 구조가 만들어지면 분자들 사이에 붙잡혀 있던 공간이 넓어지면서 가운데에 커다란 빈 공간들이 생겨나게 됩니다.​결국 분자의 개수나 무게는 그대로인데 구조적인 이유로 내부 공간이 넓어지다 보니 전체적인 부피가 9% 넘게 팽창하게 됩니다. 꽉 막혀 있는 보일러 배관 안에서 물이 얼어붙어 육각형 구조로 변하면, 늘어난 부피만큼 배관 내부의 압력이 엄청나게 치솟습니다. 단단한 금속이나 플라스틱 배관이라도 이 강력한 팽창 압력을 견디지 못하고 가장 취약한 부분이 쩍 갈라지거나 터져버리는 것입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.초를 켜두면 불쾌한 담배 연기가 사라지는 것은 촛불이 연기를 직접 빨아들여 태워버리는 연소 반응과 공기의 대류 현상 덕분입니다.​기본적으로 촛불이 타오를 때는 화염 주변의 공기가 뜨거워지면서 위로 상승하게 됩니다. 이렇게 뜨거워진 공기가 올라가면 촛불 아래쪽과 주변에는 순간적으로 공기가 부족한 상태가 되는데, 이때 방 안의 차갑고 무거운 공기가 촛불 중심을 향해 사방에서 밀려 들어오게 됩니다. 일종의 작은 공기 흡입기가 작동하는 셈입니다. 이 과정에서 방 안을 떠돌던 담배 연기 속 유기물 입자들도 공기와 함께 촛불의 화염 속으로 이끌려 들어가게 됩니다.​촛불의 중심 온도는 수백 도에서 천 도가 넘을 정도로 매우 뜨겁습니다. 화염 속으로 흡입된 담배 연기 속의 니코틴이나 타르, 일산화탄소 같은 불쾌한 유기 입자들은 이 강력한 고온을 버티지 못하고 산소와 결합하여 완전히 타버리게 됩니다. 연기 성분들이 불꽃 속에서 연소하면 냄새가 없는 이산화탄소와 물분자, 즉 수증기로 분해되어 공기 중으로 흩어집니다. 담배 연기의 원인 물질 자체가 화학적으로 완전히 다른 성분으로 바뀌어 사라지는 것입니다.​더불어 초가 타면서 생기는 왁스 성분이나 향초의 향기 입자들이 공기 중에 퍼지면서 미처 타지 않고 남은 미세한 냄새 분자들을 붙잡아 가두거나 가려주는 효과도 함께 일어납니다. 결국 촛불은 주변 공기를 끌어당기는 대류 현상으로 담배 연기를 수집하고, 강력한 화력으로 그 성분을 완전히 분해하여 집안의 공기를 정화해 주게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.이 패드의 비밀은 마그네슘이 물과 만났을 때 일어나는 격렬한 화학 반응에 있습니다. 마그네슘은 주변의 다른 물질과 결합하려는 성질이 매우 강한 금속입니다. 패드에 물을 부으면 마그네슘 분말이 물 분자에서 산소를 강하게 빼앗아오면서 수산화마그네슘이라는 물질로 변하게 됩니다. 이 과정에서 산소를 잃고 떨어져 나온 수소 성분들은 서로 뭉쳐서 수소 기체로 날아가게 됩니다.​중요한 건 이 물질의 형태가 바뀌는 과정에서 물질 내부의 화학 에너지가 뜨거운 열에너지로 전환되어 밖으로 뿜어져 나온다는 점입니다. 이를 발열 반응이라고 부르는데 이 열이 음식을 데우는 데 쓰입니다.​하지만 원래 마그네슘과 순수한 물은 상온에서 이렇게까지 빠르게 반응하지 않습니다. 겉보기에 반응이 없는 것처럼 천천히 진행되는데, 발열 패드가 물을 붓자마자 순식간에 백 도 가깝게 끓어오르는 이유는 패드 속에 소금과 철 분말이 함께 섞여 있기 때문입니다. 물이 들어가 소금물이 되면 이 성분들이 마그네슘의 전자를 아주 빠른 속도로 빼앗아 가도록 부추기는 일종의 촉매 역할을 합니다. 원래대로라면 며칠에 걸쳐 서서히 녹슬며 나올 열을 소금과 철이 도와주어 단 몇 분 만에 폭발적으로 쏟아내게 만드는 것이 이 가열 패드의 숨은 원리입니다.