답변 내역

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.음식물 쓰레기통 주변에 알칼리성인 베이킹소다(탄산수소나트륨)를 뿌렸을 때 악취가 줄어드는 이유는, 음식물이 부패하면서 발생하는 산성 악취 물질을 화학적으로 중화하고 부패 진행 자체를 억제하기 때문입니다.​음식물 쓰레기가 부패하는 과정은 미생물이 유기물을 분해하는 과정입니다. 이때 단백질이나 지방, 탄수화물이 분해되면서 다양한 휘발성 유기화합물이 생성되는데, 우리가 코로 맡는 불쾌한 냄새의 상당수는 뷰티르산(낙산), 아세트산(초산), 프로피온산 같은 '산성'을 띠는 유기산 성분입니다. 이 산성 물질들이 공기 중으로 휘발되면서 지독한 악취를 풍기게 됩니다.​여기에 약알칼리성 물질인 탄산수소나트륨을 뿌리면 일종의 산-염기 중화 반응이 일어납니다. 기체 상태로 날아가려던 산성 악취 분자들이 알칼리성인 탄산수소나트륨과 결합하여, 휘발성이 없는 중성 상태의 '염(Salt)'과 물로 변하게 됩니다. 냄새 분자가 공기 중으로 떠오르지 못하고 바닥에 붙잡히게 되면서 물리적으로 악취가 급격히 줄어드는 것입니다.​또한, 부패를 일으키는 세균과 곰팡이 같은 미생물들은 대개 약산성 환경(pH 5~6)에서 가장 활발하게 번식합니다. 음식물 쓰레기 주변에 알칼리성 분말이 전반적으로 도포되면 미생물이 살아가기 힘든 알칼리성 환경이 조성됩니다. 결과적으로 미생물의 증식과 활동이 억제되면서, 음식물이 추가적으로 부패하고 새로운 악취 물질이 만들어지는 과정 자체가 속도를 늦추게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.겨울철에 자주 쓰는 액체 손난로 안에는 아세트산나트륨 수용액과 작은 공 모양의 금속판이 들어 있습니다. 이 손난로가 순식간에 굳으며 따뜻해지는 현상은 열역학적 안정성과 물질의 상태 변화로 설명할 수 있습니다.​기본적으로 아세트산나트륨은 온도가 높을 때 물에 아주 잘 녹는 성질이 있습니다. 뜨거운 물에 손난로를 넣어 녹이면, 원래 온도가 낮을 때 녹을 수 있는 양보다 훨씬 많은 양의 아세트산나트륨이 물에 녹아들어가게 됩니다. 이 상태에서 온도를 천천히 낮추면, 이론적으로는 고체 결정이 생겨야 하지만 아무런 방해 요소가 없으면 물질들은 원래 녹아있던 상태를 위태롭게 유지합니다. 이를 에너지가 매우 높고 불안정한 과포화 수용액 상태라고 부릅니다.​과포화 수용액은 에너지가 높은 상위 상태에 갇혀 있어서, 안정한 고체 상태(낮은 에너지 상태)로 넘어가기 위한 일종의 '방화벽'인 활성화 에너지를 넘지 못하고 있는 상황입니다. 이때 손난로 속 금속판을 꺾으면 미세한 물리적 자극과 함께 금속 표면에서 마찰이 일어나며 고체 씨앗 역할을 하는 충격이 발생합니다.​이 자극은 도미노의 첫 조각을 쓰러뜨리는 것과 같은 역할을 하여 활성화 에너지를 단숨에 넘기게 만듭니다. 물리적 자극을 기점으로 수용액 전체에서 급격한 결정화 연쇄 반응이 일어나며, 불안정하게 갇혀 있던 높은 에너지가 고체로 굳어지는 과정에서 외부로 한꺼번에 방출됩니다. 이 물질이 고체 결정으로 상태가 변하면서 내뿜는 에너지가 바로 응고열이며, 우리가 손으로 느끼게 되는 따뜻한 열의 본질입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.달걀을 삶을 때 소금을 넣는다고 해서 껍데기가 획기적으로 잘 벗겨지는 것은 아닙니다. 많은 분들이 그렇게 알고 계시지만, 과학적으로 보면 소금의 진짜 역할은 따로 있습니다. 소금은 달걀이 삶아지는 과정에서 껍데기에 금이 갔을 때, 그 틈으로 흘러나오는 흰자를 빠르게 굳혀주는 역할을 합니다. 흰자 단백질은 염분을 만나면 순식간에 응고되는 성질이 있어서, 달걀물이 물속으로 지저분하게 퍼지는 것을 막아주는 방어막 역할을 해주는 셈입니다.​그렇다면 껍데기가 잘 벗겨지는 진짜 이유는 무엇일까요? 핵심은 달걀 내부의 산도와 보관 기간에 있습니다. 갓 구입한 신선한 달걀은 내부에 이산화탄소가 많이 들어있어 산성을 띱니다. 이 상태에서는 삶았을 때 흰자 단백질이 껍데기 안쪽의 얇은 막에 강하게 달라붙어 잘 떨어지지 않습니다. 반면에 냉장고에 며칠 보관한 달걀은 껍데기의 미세한 구멍으로 이산화탄소가 빠져나가면서 내부가 알칼리성으로 변합니다. 이때는 흰자가 막에 붙지 않아 매끄럽게 잘 벗겨집니다.​결국 잘 벗겨지는 달걀을 원하신다면 소금에 의존하기보다는 두 가지를 실천하시는 게 좋습니다. 먼저 산 지 며칠 지난 달걀을 사용하시는 것이 좋고, 달걀을 삶은 직후에 바로 차가운 얼음물에 담가두는 것입니다. 뜨거워진 알맹이가 찬물에서 순간적으로 수축하면서 껍데기 사이에 틈이 생겨 훨씬 쉽게 껍질을 벗길 수 있습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.쇠붙이에 소금물이 묻으면 녹이 더 빨리 스는 것은 과학적으로 아주 정확한 사실입니다. 철이 공기 중의 산소나 물과 만나서 붉은색 산화철로 변하는 과정을 산화 반응이라고 하는데, 이 과정은 눈에 보이지 않지만 미세하게 전자가 이동하는 일종의 전기 화학 반응입니다.​여기서 소금물은 이 반응 속도를 엄청나게 끌어올리는 역할을 합니다. 순수한 물은 전기가 잘 통하지 않지만, 소금은 물에 녹으면 나트륨과 염화물이라는 이온 상태로 분리됩니다. 이 이온들이 물속에서 전기가 아주 잘 통하게 만드는 전해질 역할을 하여, 철이 산소와 반응할 때 필요한 전자의 이동을 고속도로처럼 빠르게 도와줍니다. 전자의 이동이 빨라지니 당연히 녹이 스는 속도도 빨라질 수밖에 없습니다.​게다가 소금물에 들어 있는 염화 이온은 크기가 매우 작고 침투력이 강해서, 철 표면에 자연스럽게 생겨나 부식을 늦춰주는 미세한 보호막을 뚫고 들어가 파괴해 버립니다. 보호막이 깨진 철은 산소와 물에 그대로 노출되어 일반적인 상황보다 훨씬 더 쉽고 빠르게 부식됩니다. 바닷가에 주차해 둔 자동차나 해안가 건물의 철제 구조물이 쉽게 부식되고 망가지는 이유가 바로 이 때문입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.가을철 대기가 건조해지면 목재 내부의 수분 함량이 크게 줄어듭니다. 목재가 연소하려면 먼저 열을 받아 고체 상태에서 가연성 기체로 변하는 열분해 과정을 거쳐야 합니다. 이때 수분은 열분해를 막는 거대한 방어벽 역할을 합니다. 물은 비열과 기화잠열이 매우 크기 때문에, 나무가 열을 받으면 그 에너지를 목재 자체의 온도를 높이는 데 쓰지 못하고 내부의 물을 증발시키는 데 먼저 소모하게 됩니다. 이 때문에 수분이 많은 평소에는 목재 온도가 100도 부근에서 정체되며 열분해가 시작되는 온도까지 올라가는 데 오랜 시간이 걸립니다.​반면 건조기에는 물을 증발시키는 데 낭비되는 에너지가 거의 없습니다. 화원의 열에너지가 목재에 닿는 즉시 온도를 촉진적으로 상승시키며, 열분해 시작점인 200도에서 300도 영역에 순식간에 도달합니다. 이에 따라 목재를 구성하는 섬유소와 리그닌 등의 화학 결합이 빠르게 끊어지면서 일산화탄소나 메탄 같은 가연성 기체가 폭발적으로 뿜어져 나옵니다. 이렇게 분출된 기체들이 산소와 결합해 격렬하게 타오르면 화염 온도가 극도로 높아지고, 여기서 발생하는 강력한 복사열이 주변의 건조한 나무들을 다시 빠른 속도로 열분해시키는 연쇄적인 가속 사이클이 형성됩니다. 결과적으로 수분이라는 제동 장치가 사라지면서 열분해와 가연성 기체 발생 속도가 폭발적으로 증가해 산불이 걷잡을 수 없이 빠르게 확산되는 것입니다.

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.