답변 내역

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.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.가정용 정수기에 사용되는 활성탄 필터가 물속의 트리할로메탄 같은 유기 오염 물질을 제거하는 비결은 활성탄이 가진 독특한 구조와 분자 사이에 작용하는 미세한 물리적 인력에 있습니다.​활성탄은 숯을 고온 가스로 가공하는 활성화 과정을 통해 만들어지는데, 이 과정에서 표면에 눈에 보이지 않는 수많은 미세 기공들이 형성됩니다. 이 기공들 덕분에 활성탄은 부피에 비해 표면적이 폭발적으로 넓어집니다. 실제로 활성탄 단 1그램의 표면적이 축구장 하나 크기에 맞먹을 정도인데, 이 넓은 비표면적은 물속에 녹아 있는 유기 오염 물질 분자들이 달라붙을 수 있는 접촉 공간을 극대화하는 바탕이 됩니다.​이렇게 확보된 수많은 기공 속으로 오염 물질을 포함한 물이 통과할 때, 분자 수준에서 물리 흡착이 일어납니다. 트리할로메탄을 비롯한 유기 오염 물질 분자들과 활성탄의 탄소 원자 사이에는 모든 분자 간에 기본적으로 존재하는 미세한 인력인 반데르발스 힘이 작용합니다. 특히 트리할로메탄 같은 성분은 물과 친하지 않은 성향이 있어 물속에 잔류하기보다 활성탄 표면에 다가갔을 때 더 강한 인력을 느낍니다.​결과적으로 물속의 유기 오염 물질들은 활성탄이 제공하는 무수한 기공 구조 속으로 흘러 들어간 뒤, 반데르발스 힘에 의해 자석처럼 표면에 착 달라붙게 됩니다. 새로운 화학 반응 없이 오직 넓은 표면적과 분자 간 인력만을 이용해 오염 물질을 붙잡아 둠으로써, 정수기는 물속의 유해한 유기 화합물을 안전하게 걸러내게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.반도체 공장이나 수술실 입구에서 마주하는 에어샤워는 단순히 바람으로 먼지를 털어내는 장치가 아닙니다. 미세먼지가 물체 표면에 달라붙는 가장 강력한 원인인 정전기적 인력을 과학적으로 무력화하는 시스템입니다.​물질은 마찰이나 접촉을 통해 전자를 얻거나 잃으면서 쉽게 전하를 띠게 됩니다. 반도체 방진복이나 정밀 부품, 혹은 미세한 먼지 입자들은 이러한 정전기를 띠고 있는 경우가 많습니다. 이때 먼지와 물체가 서로 반대 전하를 띠면 강력한 인력이 작용하여, 일반적인 바람을 세게 부는 것만으로는 먼지가 쉽게 떨어지지 않고 표면에 단단히 달라붙어 있게 됩니다.​에어샤워는 이 문제를 해결하기 위해 내부에 이오나이저(Ionizer)라는 고전압 장치를 탑재합니다. 이 장치는 공기 분자를 강제로 양이온과 음이온으로 분리하여 이온화된 공기를 만들어냅니다. 에어샤워 노즐을 통해 이온화된 공기 기류가 분사되면, 방진복이나 물체 표면에 달라붙어 있던 정전기와 만나게 됩니다. 표면이 양전하를 띠고 있다면 공기 중의 음이온이, 음전하를 띠고 있다면 양전하를 가진 이온이 결합하면서 표면의 전하가 완전히 중화되어 제로 상태가 됩니다.​정전기가 중화되는 순간, 먼지와 물체 표면을 붙잡고 있던 정전기적 인력이 순식간에 사라집니다. 접착력이 상실된 먼지들은 기류가 가하는 물리적인 충격(풍압)에 의해 아주 쉽게 표면에서 떨어져 나가게 됩니다. 이렇게 탈락한 먼지들은 에어샤워 하단부의 흡입구를 통해 고성능 헤파필터로 빨려 들어가며 공장 내부로의 유입이 차단됩니다. 결과적으로 에어샤워는 이온화를 통한 전하 중화라는 전기적 원리와 고속 기류라는 물리적 원리가 결합하여 미세먼지를 완벽하게 제거하는 원리로 작동합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.스쿠버 다이빙에서 깊은 수심으로 내려갈수록 수압이 높아지면 헨리의 법칙에 따라 호흡 가스 중 많은 양을 차지하는 질소가 혈액과 체내 조직에 더 많이 용해됩니다. 그런데 질소는 물에 비해 기름, 즉 지질에 대한 용해도가 매우 높은 특성을 가지고 있습니다. 인간의 뇌와 척수를 구성하는 신경세포의 표면은 지질 쌍인지질층으로 이루어져 있는데, 고압 환경에서 체내로 과다하게 흡수된 질소 분자들은 이 높은 지질 용해도 때문에 신경세포막으로 빠르게 침투하여 축적됩니다.​지질층에 기체 분자들이 끼어들면 세포막이 물리적으로 팽창하거나 구조가 미세하게 변형됩니다. 이로 인해 신경세포 간에 전기적 신호를 전달하는 이온 통로의 기능이 억제되거나 교란되면서 뇌의 신호 전달 시스템이 둔화됩니다. 이러한 생리적 변화가 마치 술이나 마취제에 취한 것과 같은 판단력 저하, 운동 능력 상실, 감정 변화를 일으키는 질소 마취 현상입니다. 보통 수심 30미터가 넘어가면 다이버의 생명을 위협할 정도로 심해집니다.​트라이믹스는 이 문제를 해결하기 위해 고안된 호흡 기체입니다. 마취의 원인이 되는 질소의 비율을 낮추는 대신 지질 용해도가 극도로 낮은 헬륨을 섞어 넣은 것입니다. 헬륨은 화학적으로 매우 안정된 불활성 기체이면서 지질에 거의 녹아들지 않기 때문에, 높은 압력 속에서도 신경세포막의 기능을 방해하지 않아 마취 현상을 일으키지 않습니다. 결과적으로 트라이믹스는 질소의 높은 지질 용해도로 인한 마취 위험을 상쇄하여 깊은 바다에서도 다이버가 맑은 정신을 유지할 수 있도록 돕습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.헨리의 법칙은 일정한 온도에서 기체의 용해도가 액체 표면에 작용하는 그 기체의 압력에 비례한다는 물리화학 법칙입니다. 쉽게 말해 기체를 강한 압력으로 누를수록 액체 속에 더 많이 녹아들어 간다는 뜻입니다. 탄산음료는 이 법칙을 고스란히 활용하여 만들어집니다.​공장에서 탄산음료를 제조할 때 용기 내부를 일반 대기압보다 몇 배나 높은 고압의 이산화탄소로 채운 뒤 밀봉합니다. 이렇게 음료 표면을 누르는 이산화탄소의 압력이 높아지면 헨리의 법칙에 따라 엄청난 양의 이산화탄소 기체가 음료 속에 억지로 밀려 들어가 녹아 있게 됩니다.​하지만 탄산음료의 뚜껑을 여는 순간 용기 내부에 갇혀 있던 고압의 가스가 밖으로 빠져나가면서 음료 표면의 압력이 일반 대기압 수준으로 급격하게 떨어집니다. 압력이 낮아지면 헨리의 법칙에 의해 기체가 액체에 녹을 수 있는 능력인 용해도 역시 뚝 떨어지게 됩니다. 결국 음료가 더 이상 머금을 수 없게 된 이산화탄소 분자들이 액체 속에서 서로 뭉쳐 기포를 형성하고 위로 떠오르며 거품이 되어 탈출하게 됩니다. 뚜껑을 열었을 때 소리가 나며 탄산이 빠져나가는 것은 바로 이처럼 압력 저하에 따른 기체의 용해도 감소가 원인입니다.