답변 내역

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.머리카락이 염색되는 과정은 겉면에 물감을 칠하는 것과는 전혀 다른 화학적 현상입니다. 머리카락의 겉면은 큐티클이라는 단단한 단백질 비늘이 겹겹이 감싸고 있어서 외부 물질이 쉽게 침투할 수 없습니다. 단순히 겉에만 색을 입히는 헤어 매니큐어나 트리트먼트는 머리를 감으면 금방 씻겨 내려가지만, 일반적인 염색약은 머리카락 내부를 공략하기 때문에 물에 지워지지 않습니다.​우리가 염색을 할 때 두 가지 약제를 섞어 바르게 되는데, 첫 번째 약제에 포함된 알칼리 성분이 굳게 닫혀 있던 머리카락의 큐티클 비늘을 억지로 열어젖힙니다. 문이 열리면 약제 성분들이 머리카락 깊숙한 안쪽까지 침투할 수 있는 길이 열립니다.​그다음 두 번째 약제에 들어있는 과산화수소 성분이 머리카락 안으로 들어가 원래 우리가 가지고 있던 멜라닌 색소를 파괴하여 도화지를 밝게 만드는 탈색 작업을 진행합니다. 이와 동시에 아주 미세하고 투명한 크기의 염료 분자들이 열린 문을 통해 머리카락 내부로 쏙쏙 들어갑니다.​이 작은 염료 분자들이 머리카락 안에서 산소와 만나면 서로 결합하면서 크기가 아주 크게 부풀어 오르고 고유의 색깔을 나타내게 됩니다. 염색이 끝나고 머리를 씻어내면 열렸던 큐티클 비늘이 다시 닫히는데, 이미 안에서 덩치가 너무 커져 버린 색소 분자들은 밖으로 빠져나오지 못하고 내부에 그대로 갇히게 됩니다. 이 때문에 물로 아무리 씻어도 색이 지워지지 않고 오랫동안 유지되는 것입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.고무장갑이 오래되면 끈적거리고 쉽게 찢어지는 것은 천연고무의 주성분인 폴리이소프렌 고분자가 공기 중의 산소, 오존, 자외선에 의해 산화 분해되기 때문입니다. 고무는 탄소 간의 이중 결합을 가진 긴 고분자 사슬들이 서로 얽혀 있어 특유의 유연성과 탄성을 유지합니다. 그러나 고무장갑이 외부 환경에 지속적으로 노출되면 에너지가 강한 자외선이 이 탄소 이중 결합을 자극하여 반응성이 높은 상태로 만듭니다.​이때 공기 중의 산소나 강력한 산화력을 지닌 오존이 고무의 이중 결합 부위를 공격하는 산화 반응이 일어납니다. 특히 오존은 이중 결합에 직접 작용하여 결합을 완전히 끊어내는 오존 분해 현상을 유발합니다. 이로 인해 거대하고 길었던 고무 고분자 사슬들이 분자량이 매우 작은 짧은 사슬 조각들로 토막 나게 됩니다.​그 결과, 분자 간의 결합력이 약해지면서 고무 본연의 탄성을 잃고 가벼운 자극에도 쉽게 찢어지는 상태로 변합니다. 동시에 사슬이 끊어지는 과정에서 친수성을 띠는 하이드록시기나 카르복시기 등의 작은 분자들이 생성되는데, 이들이 고무 표면으로 배어 나오면서 점성을 띠게 되어 손에 축축하고 끈적거리며 묻어나는 현상이 발생하게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.스키장에서 인공 눈을 만드는 원리는 기화열과 단열 팽창, 그리고 표면적 효과가 결합한 열역학적 과정입니다. 제설기는 먼저 물을 아주 미세한 방울로 쪼개어 공기 중에 분사하는데, 이 과정에서 물방울의 부피 대비 표면적이 급격히 늘어나 주변 대기와 열을 교환하기에 매우 유리한 상태가 됩니다.​이와 동시에 제설기 노즐에서는 압축되어 있던 공기가 대기 중으로 뿜어져 나오면서 단열 팽창을 일으킵니다. 기체가 순간적으로 팽창하면 외부와 열을 주고받을 틈도 없이 스스로 일을 하게 되며 에너지를 소모하므로 노즐 주변의 온도가 영하 수십 도까지 급격히 떨어집니다.​이렇게 차가워진 환경 속에서 미세한 물방울 중 일부는 공기 중으로 빠르게 증발하며 기화하게 됩니다. 이때 물이 수증기로 변하면서 주변의 열을 흡수하는 기화열 현상이 발생하는데, 기화하는 물방울이 바로 옆에 있는 다른 물방울들의 열을 순식간에 빼앗아 갑니다. 결국 열을 빼앗긴 나머지 물방울들은 온도가 얼음점 이하로 급하강하여 미처 육각형의 눈 결정을 이룰 시간도 없이 미세한 구형의 얼음 알갱이로 급격히 응고됩니다. 이것이 우리가 스키장에서 보는 인공 눈이 만들어지는 과학적 원리입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.산소와 오존은 같은 산소 원소로 이루어져 있지만 분자를 구성하는 원자의 개수와 구조가 달라 서로 다른 성질을 가집니다. 일반적인 산소는 산소 원자 2개가 단단하게 결합한 선형 구조로, 색과 냄새가 없으며 화학적으로 매우 안정적입니다. 반면 오존은 산소 원자 3개가 굽은 형태로 연결된 구조를 가집니다. 오존은 분자 구조상 불안정하기 때문에 결합이 쉽게 끊어지며, 이로 인해 산소보다 훨씬 강력한 산화력을 나타냅니다. 또한 특유의 비린내가 나고 푸른빛을 띠는 물리적 차이가 있습니다.​이러한 두 동소체는 인류와 환경에 각기 다른 영향을 미칩니다. 산소는 동식물의 호흡과 생명 유지에 절대적인 원소입니다. 산업적으로는 쇠를 제련하는 제철 공정, 의료용 흡입 기체, 그리고 로켓의 산화제 등 연소와 산화 반응이 필요한 다양한 분야에서 필수적으로 사용됩니다.​오존은 존재하는 위치에 따라 이중적인 모습을 보입니다. 높은 성층권에 존재하는 오존층은 태양의 유해한 자외선을 차단하여 지구의 생명체를 보호하는 이로운 역할을 합니다. 그러나 우리가 숨을 쉬는 지상 부근에서 자동차 배기가스 등으로 인해 고농도의 오존이 발생하면, 강한 산화력 때문에 인간의 눈과 호흡기를 자극하고 농작물에 피해를 주는 오염 물질이 됩니다. 다만 인류는 이 강한 산화력을 정수장 물 살균이나 공기 정화, 표백 등 소독과 세척 분야에 유용하게 활용하기도 합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.동소체는 같은 원소로 이루어져 있지만 원자 배열과 결합 방식이 달라 서로 다른 성질을 나타내는 물질을 뜻합니다. 대표적인 예인 탄소의 동소체, 흑연과 다이아몬드를 통해 그 이유를 명확히 알 수 있습니다.​다이아몬드는 탄소 원자 하나가 주변의 탄소 원자 4개와 빠짐없이 강한 공유 결합을 형성합니다. 이 결합들이 사방으로 균일하게 뻗어 나가면서 완벽한 3차원 정삼면체 그물 구조를 이룹니다. 모든 방향에서 결합이 단단하게 맞물려 있기 때문에 지구상에서 가장 단단한 천연 물질이 되며, 전자가 결합에 모두 묶여 있어 전기가 통하지 않는 부도체의 성질을 가집니다.​반면 흑연은 탄소 원자가 주변의 원자 3개와만 결합하여 평면상의 육각형 벌집 모양 구조를 만듭니다. 이로 인해 결합에 참여하지 않은 전자가 하나씩 남게 되는데, 이 자유 전자들이 평면을 따라 이동할 수 있어 전기가 잘 통하게 됩니다. 또한 흑연은 이러한 육각형 판들이 층층이 쌓인 구조인데, 판과 판 사이의 인력이 매우 약해서 손으로 문지르면 쉽게 미끄러져 분리됩니다. 연필심이 종이에 묻어나는 부드러운 특성이 여기에서 기인합니다.​이처럼 동일한 원소일지라도 원자들이 어떤 기하학적 형태로 배열되는지, 그리고 전자를 어떻게 공유하며 결합하는지에 따라 물질의 강도, 전기 전도성 같은 물리적, 화학적 성질이 완전히 달라지게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.촉매는 기존의 화학 반응 경로와는 다른 새로운 대체 반응 경로를 제공하여 활성화 에너지를 변화시킵니다. 정촉매는 활성화 에너지가 더 낮은 경로를 새로 만들어 주는데, 이렇게 장벽이 낮아지면 에너지가 낮은 분자들도 쉽게 반응에 참여할 수 있게 되어 전체적인 반응 속도가 빨라집니다. 중요한 점은 촉매가 반응물이나 생성물 고유의 에너지를 변화시키는 것이 아니라, 반응이 진행되는 메커니즘을 우회로 형태로 바꾸어 놓는다는 것입니다.​이처럼 촉매가 반응 속도를 변화시키면서도 최종적인 화학 평형에는 아무런 영향을 주지 못하는 이유는 정반응과 역반응에 동일하게 작용하기 때문입니다. 화학 반응은 정방향뿐만 아니라 반대 방향으로도 진행되는 가역성을 갖는데, 촉매가 낮춘 활성화 에너지 장벽은 정반응뿐만 아니라 역반응에도 똑같이 낮아진 장벽으로 작용합니다. 결과적으로 정반응 속도와 역반응 속도가 정확히 같은 비율로 빨라지기 때문에, 두 속도가 같아져 균형을 이루는 시점인 평형 상태에서의 물질들의 비율은 변하지 않습니다.​또한 물질의 초기 상태와 최종 상태의 에너지 차이인 반응열은 경로와 관계없이 일정하므로 촉매를 써도 변하지 않습니다. 따라서 촉매는 평형에 도달하는 시간만 단축할 뿐, 생성물의 양을 늘리거나 평형의 위치를 이동시키지는 못합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.KTX 좌석에 있는 USB 충전 포트는 아쉽게도 고속 충전이 아닙니다. 일반적인 5볼트 안팎의 낮은 전압을 사용하기 때문에 스마트폰을 연결하더라도 고속 충전이라는 문구가 뜨지 않고 충전 속도가 다소 느린 편입니다. 스마트폰으로 영상을 보거나 게임을 하면서 충전하면 배터리가 늘어나지 않고 현상 유지 수준에 그치기도 합니다.​만약 빠른 충전을 원하신다면 좌석 벽면이나 의자 아래에 있는 220볼트 콘센트를 활용하는 것이 좋습니다. 본인이 평소 집에서 사용하는 개인용 고속 충전 어댑터를 콘센트에 꽂고 케이블을 연결하면 열차 안에서도 답답함 없이 빠르게 배터리를 채울 수 있습니다.​케이블의 경우, KTX 좌석에 내장된 USB 포트는 우리가 흔히 아는 사각형 모양의 포트입니다. 따라서 내장 포트를 직접 쓰실 생각이라면 한쪽은 사각형 모양이고 반대쪽은 본인의 스마트폰 기종에 맞는 케이블을 준비하셔야 합니다. 안드로이드 폰이라면 C타입, 구형 아이폰이라면 8핀 케이블이 필요합니다.​하지만 콘센트를 이용해 제대로 된 고속 충전을 하실 계획이라면, 요즘 많이 쓰이는 양쪽 모두 동글동글한 C타입으로 된 케이블과 이를 꽂을 수 있는 고속 충전 어댑터 세트를 챙기시는 편이 좋습니다. 결론적으로 열차를 자주 타신다면 내장 포트용 사각형 케이블보다는 개인용 고속 충전기 세트를 가방에 하나 늘 넣어 다니시는 것을 권해드립니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.도마에 뜨거운 물을 부어 살균하는 원리는 세균을 구성하는 핵심 성분인 단백질과 세포벽을 열로 굳히고 파괴하는 생화학적 작용에 바탕을 두고 있습니다.​세균의 표면을 감싸고 있는 세포벽과 세포막은 세균이 형태를 유지하고 생명을 이어가게 하는 일종의 방어벽입니다. 여기에 높은 온도의 열이 가해지면 세포벽의 구조가 느슨해지면서 틈이 생기고 물리적인 붕괴가 일어납니다. 방어벽이 무너지면 뜨거운 열기가 세균 내부로 고스란히 전달되는데, 이때 가장 치명적인 타격을 입는 것이 바로 단백질입니다.​세균 내부의 효소와 구조 물질을 이루는 단백질은 복잡하게 꼬이고 접힌 독특한 삼차원 입체 구조를 가질 때만 제 기능을 발휘합니다. 하지만 뜨거운 물의 열에너지는 단백질의 구조를 유지하던 약한 결합들을 끊어버립니다. 결합이 끊어진 단백질은 원래의 입체 구조를 잃고 제멋대로 풀어진 뒤 서로 엉겨 붙게 되는데, 이를 단백질의 열변성이라고 합니다. 날달걀에 열을 가하면 투명한 액체였던 흰자가 하얗게 굳어버리는 것과 같은 이치입니다.​한번 변성되어 굳어버린 단백질은 불을 끄고 식혀도 원래 상태로 되돌아가지 않습니다. 세포 내에서 화학 반응을 유도하던 효소들이 기능을 잃고 생명 유지에 필요한 대사 작용이 완전히 중단되면서 세균은 결국 사멸하게 됩니다. 결과적으로 뜨거운 물을 붓는 행위는 세균의 외벽을 허물고 내부의 생명 유지 시스템을 물리적으로 굳혀서 완전히 파괴하는 가장 확실하고 친환경적인 살균 방법입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.문제를 해결하는 핵심은 화합물을 이루는 이온들의 전하량과 그에 따른 결합 비율을 확인하는 것입니다. 먼저 X2Y에서 X와 Y가 정전기적 인력에 의한 결합이라면 이온결합이라는 것을 알수 있습니다. 또한 화합물 X2Y에서 통상적으로 양이온을 먼저 쓰고 음이온을 나중에 쓰기 때문에 X가 양이온, Y가 음이온입니다. 그리고 둘다 네온과 같은 전자 배치를 하기 때문에 화학식이나 이온 모형에서 양이온과 음이온이 몇 대 몇의 개수비로 결합하고 있는지 보면 두 조합을 쉽게 구분할 수 있습니다.​먼저 나트륨과 산소의 결합을 보면, 나트륨은 전자를 잃고 +1 양이온이 되기 쉽고, 산소는 전자 두 개를 얻어 -2 음이온이 되기 쉽습니다. 이 두 이온이 만나 전하의 총합이 영인 안정한 화합물을 이루려면 나트륨 이온 두 개당 산소 이온 한 개가 결합해야 하므로 2:1의 비율로 결합하여 X2Y 같은 형태의 화합물을 만듭니다. 반면 마그네슘과 플루오린의 결합에서는 마그네슘이 전자 두 개를 잃어 이 가 양이온이 되고 플루오린은 전자 한 개를 얻어 일 가 음이온이 됩니다. 따라서 전하의 균형을 맞추려면 마그네슘 이온 한 개에 플루오린 이온 두 개가 결합해야 하므로 1:2의 비율로 XY2의 화합물이 되어야 합니다.​결국 문제의 답지에서 엑스를 나트륨, 와이를 산소라고 확정한 이유는 제시된 자료에서 두 원소의 결합 비율이 2:1로 나타났기 때문입니다. 만약 원소의 개수 비율이 1:2로 제시되어 있었다면 엑스가 마그네슘이고 와이가 플루오린이 되었을 것입니다. 이처럼 각 원소가 이온이 되었을 때 갖는 전하량을 바탕으로 결합하는 개수비를 비교하면 어떤 원소인지 명확하게 구분할 수 있습니다.