답변 내역

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.키위와 파인애플이 고기를 부드럽게 만드는 원리는 열매 속에 다량 함유된 식물성 시스테인 단백질 분해 효소가 고기의 단백질 사슬을 화학적으로 끊어내는 가수분해 작용 때문입니다. 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.작용 원리를 보면, 효소가 고기 단백질을 구성하는 아미노산 간의 연결 고리인 펩티드 결합에 침투하여 효소의 활성 부위가 촉매 역할을 하여 수분 분자를 이용해 결합을 끊어냄으로써 결합 단백질을 작은 분자의 펩티드 조각으로 잘라냅니다. 고기의 질긴 식감을 만드는 주원인은 근가섬유와 결합조직 때문으로 효소가 그물망처럼 촘촘히 엮인 콜라겐의 삼중 나선 구조와 근섬유 뼈대를 직접 파괴하면서 고기의 질긴 성질이 급격히 줄어듭니다. 또한, 단백질 망상 구조가 절단되면서 내부 빈 공간이 넓어지고, 단백질 안쪽에 숨어 있던 친수성 아미노산 기가 외부로 노출되면서 육즙을 강하게 끌어당겨 고기 내부에 수분을 가두기 때문에 익혔을 때 촉촉하고 부드러운 상태가 유지됩니다.다만, 과도하게 오래 재워 둘 경우 근섬유 구조가 완전히 형체를 잃고 육질이 형편없는 죽이나 슬러지 상태로 무너질 수 있으므로 적절한 시간을 유지해야 합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.겨울철 유리창에 붙이는 뽁뽁이의 단열 효과는 공기의 물리적 성질을 이용한 것으로 공기 자체는 열전도율이 매우 낮아 훌륭한 단열재이지만, 자유롭게 움직일 때는 대류 현상으로 인해 열을 쉽게 전달합니다. 뽁뽁이는 수많은 미세한 비닐 방울 속에 공기를 가두어 공기의 이동을 차단하고 정지된 공기층을 형성하는 원리입니다.열은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는데, 뽁뽁이 내부의 갇힌 공기층은 열전도율이 낮아 실내의 따뜻한 열이 차가운 유리창을 통해 외부로 빠져나가는 것을 막아주며, 공기를 작은 독립된 셀 단위로 잘게 나누어 가두기 때문에, 유리창 표면에서 일어나는 대류 순환을 효과적으로 억제합니다. 또한, 실내 공기와 차가운 유리창이 직접 닿는 면적을 최소화하여 유리창 안쪽 표면의 온도가 급격히 떨어지는 것을 방지합니다.이외에도 유리창 표면 온도가 실내 공기의 이슬점 아래로 떨어지면 공기 중의 수증기가 물방울로 변하는 결로 현상이 발생하는데, 뽁뽁이를 부착하면 실내의 따뜻한 공기가 차가운 유리창 유리 면과 직접 접촉하는 것을 막아주어, 유리창 표면 온도를 높여주고 실내 결로와 곰팡이 발생을 예방하는 데 큰 도움을 줍니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.물방울이 풀잎 위에서 퍼지지 않고 동글동글하게 맺히는 이유는 표면장력과 물 분자 간의 응집력, 그리고 잎 표면의 소수성 때문입니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.물 분자들은 전기적 인력에 의해 서로 강하게 끌어당기는 수소 결합을 하고 있습니다. 물방울 내부의 분자는 사방에서 균일한 인력을 받지만, 공기와 접촉한 표면의 분자는 안쪽 방향으로만 인력을 받기 때문에 표면적을 최소화하려는 장력이 생깁니다. 따라서 주어진 부피에서 표면적이 가장 작은 형태는 구 모양이기에 물방울의 크기가 작을 때는 표면장력이 중력보다 강해서 완벽한 구형 가까운 형태를 유지합니다. 하지만 물방울이 아주 커지면 중력의 영향으로 납작해지거나 찌그러집니다. 이외에도 풀잎이나 나뭇잎 겉면은 수분 증발을 막고 보호하기 위한 큐티클층으로 덮여 있어 물과 친하지 않은 소수성을 띠고 있어 물이 잎에 퍼지며 퍼져나가려는 힘보다 물끼리 뭉치려는 힘이 훨씬 크기 때문에, 물방울이 잎 표면과 최소한의 접촉만 유지한 채 동그랗게 뭉치게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.보라색 양배추 즙이 산성과 염기성 물질을 만나면 무지개처럼 다채로운 색으로 변하는 이유는 바로 속에 들어 있는 안토시아닌이라는 천연 색소 때문입니다. 이와 관련하여 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.보라색 양배추를 비롯해 검은콩, 블루베리, 포도 등의 붉은색이나 보라색을 나타내는 식물 속에는 안토시아닌이라는 색소가 풍부하게 들어 있는데, 이 안토시아닌 색소는 주변 환경의 수소 이온의 농도에 따라 구조가 변하는 아주 민감한 성질을 가지고 있습니다. 산성이나 염기성 물질이 섞이면 수소 이온이나 수산화 이온의 농도가 달라지면서 안토시아닌의 분자 구조가 미세하게 바뀝니다. 분자 구조가 달라지면 빛을 흡수하고 반사하는 파장이 달라져 우리 눈에 보이는 색깔도 완전히 변하게 됩니다. 이처럼 안토시아닌은 주변의 pH 변화에 따라 분자 구조를 바꾸기 때문에, 눈으로 직접 액성을 확인할 수 있는 훌륭한 천연 pH 지시약이 되는 것입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.물과 식용유가 아무리 저어도 섞이지 않고 기름이 위에 뜨는 이유는 물과 기름의 극성과 비극성의 성질과 밀도 차이 때문입니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.물 분자는 산소 원자와 수소 원자가 결합해 있는데, 전자가 산소 쪽으로 치우쳐 있어 산소 쪽은 약간의 음전하(-)를, 수소 쪽은 약간의 양전하(+)를 띠는 극성 분자 입니다. 극성을 띤 물 분자들은 서로 강하게 끌어당기는 수소 결합이 매우 강합니다. 반면, 식용유는 탄소와 수소가 길게 연결된 탄화수소 사슬로 이루어진 비극성 물질로 전하의 치우침 없이 대칭적이고 전기적으로 중성이기 때문에, 물 분자처럼 서로 끌어당기는 강한 전기적 인력이 없습니다.화학에서는 극성인 물은 극성 물질끼리, 비극성인 기름은 비극성 물질끼리 잘 섞이는데, 물과 기름은 성질이 반대이기 때문에, 물 분자들끼리 뭉치려는 힘이 너무 강해 기름을 밀어내 버립니다. 그리고, 물과 기름이 섞이지 않은 상태에서 식용유의 밀도가 물보다 작기 때문에 더 가벼운 기름층이 물 위에 둥둥 뜨게 되는 것입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.급격히 굽은 도로를 돌 때 몸이 바깥쪽으로 쏠리는 현상은 관성과 회전 운동에서 발생하는 원심력 때문입니다. 자동차가 곡선 도로를 만나 방향을 바꾸더라도, 그 안에 타고 있는 사람은 원래 달리던 직선 방향으로 계속 나아가려는 성질을 그대로 유지하려고 하는데, 이를 관성이라고 합니다. 자동차는 핸들과 타이어의 마찰력 덕분에 바깥쪽으로 튕겨 나가지 않고 곡선을 따라 꺾이지만, 내 몸은 힘을 받지 않는 한 계속 직진하려고 합니다. 또한, 차가 안쪽으로 방향을 틀 때, 내 몸은 관성에 의해 가만히 직진 방향으로 가려고 하는데 자동차의 좌석과 차체가 안쪽으로 꺾여 들어오면서 상대적으로 몸이 바깥쪽으로 밀려나는 것처럼 느껴집니다. 이는 회전 운동할 때 바깥쪽으로 작용하는 가짜 힘인 원심력'으로 설명합니다.결과적으로, 차는 안쪽으로 돌고 있지만 내 몸은 계속 직진하려고 하기 때문에 차의 바깥쪽 벽이나 안전벨트, 옆 사람 쪽으로 쏠리게 되는 것입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.에어컨을 위쪽에, 난방기를 아래쪽에 설치해야 효율이 높아지는 이유는 온도가 달라지면서 공기의 밀도가 변하고, 이에 따라 공기가 위아래로 움직이는 공기의 성질에 따른 대류 현상 때문입니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.에어컨을 방 위쪽에 설치하는 이유로 공기는 온도가 낮아질수록 밀도가 커져서 무거워지기 때문에 아래로 가라앉는 성질이 있습니다. 에어컨을 방 위쪽에 설치하면, 차가운 바람이 위에서부터 아래로 쏟아지면서 방 전체의 공기를 자연스럽게 순환시킵니다. 만약 에어컨을 바닥에 두면 차가운 공기가 바닥에만 머물러 위쪽의 뜨거운 공기는 식히지 못하고 방 전체가 시원해지는 데 오랜 시간이 걸립니다. 반대로, 난방기를 방 아래쪽에 설치하는 이유로 공기는 온도가 높아질수록 밀도가 작아져서 가벼워지기 때문에 위로 떠오르는 성질이 있습니다. 난방기를 바닥에 설치해야 따뜻해진 공기가 위로 솟구치면서 방 전체를 골고루 데울 수 있습니다. 만약 난방기를 천장 가까이 위쪽에 설치하면, 데워진 공기가 바로 위로 올라가 천장 주변에만 머물러 정작 사람이 생활하는 바닥 쪽은 여전히 쌀쌀하게 느껴집니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.보통 수용액에서 전기 전도성이 있는 물질은 이온 결합 물질로 수용액에서 양이온과 음이온으로 분리되어, 이 이온들이 전류를 흐르게 하는데, 대부분의 공유 결합 물질은 수용액에서 분자 형태로 존재하여 전류가 흐르지 않습니다.반면, 공유결합 물질인 산이 수용액에서 전기를 통할 수 있는 이유는 물에 녹으면서 이온화 과정을 거쳐 자유롭게 움직일 수 있는 이온을 생성하기 때문입니다. 이와 관련하여 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.산은 비금속 원소들이 전자를 공유하여 이루어진 공유결합 물질입니다. 순수한 상태일 때는 분자 단위로 존재하며, 전하를 띤 자유로운 입자가 없기 때문에 전기가 통하지 않지만, 산이 극성 물질인 물에 녹으면 물 분자의 강력한 극성이 산 분자의 결합을 약화시키고 억지로 떼어놓습니다. 이 과정에서 산 분자가 쪼개지면서 양이온인 수소 이온과 음이온으로 나뉘게 됩니다. 이처럼 공유결합 물질이지만 물과 반응하여 이온을 내놓는 현상을 이온화 또는 전리라고 합니다.물속에 생성된 수소 이온과 음이온들이 자유롭게 돌아다니게 되어, 전압을 걸어주면 이 이온들이 각각 반대 극으로 이동하며 전하를 운반해주기 때문에 산성 수용액이 전해질로서 전류를 흐르게 만들 수 있습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.사과나 배를 깎아 두었을 때 표면이 갈색으로 변하는 현상은 효소적 갈변이라는 화학 반응 때문에 발생하는 것으로 이 현상의 구체적인 원인과 소금물이나 설탕물이 이를 막아주는 원리에 대해 자세히 설명해 드리겠습니다.사과가 갈색으로 변하는 이유는 사과 세포 속에는 폴리페놀이라는 항산화 물질과 폴리페놀 산화효소라는 효소가 들어 있는데, 평소에는 이 성분들이 세포 안에 따로 분리되어 있지만, 칼로 깎거나 상처를 내면 세포벽이 파괴되면서 흘러나온 폴리페놀과 폴리페놀 산화효소가 공기 중의 산소와 만나게 됩니다. 산화효소의 촉매 작용으로 폴리페놀이 산화되어 퀴논이 되고, 이것이 서로 결합해 갈색 색소인 멜라닌을 만들어내면서 표면이 갈색으로 변하는 갈변 현상일 일어납니다.소금물과 설탕물 모두 갈변을 막아주지만, 작용하는 과학적 원리는 차이가 있습니다. 소금물의 원리는 소금이 물에 녹아 생기는 염소 이온이 갈변을 일으키는 폴리페놀 산화효소의 활성 부위에 결합하여 효소의 기능을 마비시키게 되면, 효소가 산소와 반응할 수 없어 갈변 현상이 일어나지 않습니다. 반면, 설탕물의 원리는 설탕물은 화학적으로 효소를 억제한다기보다, 농도가 높은 설탕물이 사과 표면을 얇게 코팅해 주는 역할을 합니다. 이 코팅막이 공기 중의 산소가 과육 안으로 파고드는 것을 물리적으로 차단하여 갈변을 막아줍니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.콜라에 멘토스를 넣었을 때 순식간에 거품이 솟구치는 현상은 물리적 현상으로 일반 학교에서도 실험이 간편하고 위험하지 않아서 많이 관찰하는 실험입니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.콜라 속에는 이산화탄소 기체가 높은 압력으로 녹아 있습니다. 그리고 멘토스의 표면을 현미경으로 관찰하면 아주 미세하고 수많은 돌기들이 존재하는데, 이 미세한 돌기들이 기포가 모여들 수 있는 핵 역할을 합니다. 멘토스가 콜라 속으로 떨어지면, 이 수많은 미세 돌기 표면에 콜라 속 이산화탄소 분자들이 빠르게 달라붙게 되고, 이로 인해 순식간에 눈에 보이지 않던 미세한 기포들이 엄청나게 많이 만들어집니다. 여기에 멘토스 성분이 물의 표면장력을 약화시키는 역할을 하여 기포가 아주 쉽게 커지고 부풀어 오를 수 있게 돕습니다. 결과적으로 순식간에 엄청난 양의 이산화탄소 기체가 한꺼번에 빠져나오면서 거품이 분수처럼 위로 솟구쳐 오르게 되는 것입니다.