답변 내역

안녕하세요.손 소독제의 주성분이락 할 수 있는 에탄올이 세균이나 바이러스를 비활성화하는 이유는 에탄올이 미생물의 단백질 구조와 세포막 구조를 무너뜨릴 수 있기 때문입니다. 단백질은 아미노산이라고 하는 여러 단위체가 연결되어 만들어지며, 특정한 입체 구조를 유지해야 정상적으로 기능할 수 있습니다. 그런데 에탄올은 물과 잘 섞이면서도 지방 성분과도 상호작용할 수 있는 특성을 가지고 있어서, 단백질 주변의 수소결합과 약한 분자 간 인력을 방해합니다. 따라서 단백질이 원래 유지하던 정교한 3차원 구조가 풀리거나 변형되는데, 이를 단백질 변성이라고 합니다.단백질이 변성되면 효소 기능, 구조 유지 기능, 물질 운반 기능 등이 제대로 작동하지 못하게 되는데요, 세균의 경우 세포막 단백질과 대사 효소들이 손상되어 생존이 어려워지고, 바이러스의 경우 표면 단백질이 변형되어 숙주 세포에 붙는 능력이 떨어집니다. 특히 코로나19를 일으키는 바이러스는 바깥쪽에 지방막을 가지고 있는데, 에탄올은 이런 지질막도 함께 손상시켜 바이러스를 더 효과적으로 비활성화합니다. 이때 100% 농도의 에탄올보다 약 70퍼센트 정도 농도의 에탄올이 더 효과적인 경우가 많은데요, 이는 물이 함께 있어야 단백질 내부까지 침투하고 변성을 더 효율적으로 유도할 수 있기 때문입니다. 감사합니다.

안녕하세요.과일이 익는 과정에는 에틸렌이라는 식물 호르몬이 중요한 역할을 하는데요, 에틸렌은 탄소 2개와 수소로 이루어진 아주 작은 유기 분자이며, 두 탄소 사이에 이중결합이 있는 불포화 탄화수소입니다. 에틸렌이 가지고 있는 이중결합은 단일결합보다 전자 밀도가 높고 화학적으로 더 반응성이 크기 때문에, 에틸렌은 식물 세포 안에 있는 특정 수용체 단백질과 쉽게 상호작용할 수 있습니다. 에틸렌이 수용체에 결합하면 세포 내부에서 여러 유전자들이 활성화되고, 과일의 성숙과 관련된 효소들이 만들어지기 시작합니다. 이 효소들은 과일 세포벽을 분해해 과육을 부드럽게 만들고, 녹말을 당으로 바꾸어 단맛을 증가시키며, 색소 변화를 일으켜 껍질 색도 바뀌게 합니다. 예를 들어 사과나 바나나를 함께 두면 더 빨리 익는 것도, 한 과일에서 나온 에틸렌이 주변 과일의 성숙 신호로 작용하기 때문입니다. 감사합니다.

안녕하세요.가정에서 사용하는 LPG나 LNG 자체는 말씀해주신 것처럼 무취에 가까운 물질입니다. 이때 LPG와 LNG의 주성분은 각각 프로판, 부탄 또는 메탄 같은 탄화수소인데요, 이런 기체들은 원래 거의 냄새가 없기 때문에, 가스가 새더라도 사람이 바로 알아차리기 어렵다는 위험성이 있습니다. 따라서 실제 가정용 가스에는 안전을 위해 일부러 냄새가 매우 강한 유기화합물을 소량 첨가하는 것인데요, 대표적으로 에틸메르캅탄 같은 황을 포함한 유기화합물이 사용됩니다. 이런 물질들은 아주 적은 농도만 있어도 사람이 쉽게 감지할 수 있을 정도로 강하고 특유의 자극적인 냄새를 냅니다. 또한 이 물질들이 강한 냄새를 가지는 이유는 분자 안에 황이 포함되어 있기 때문입니다. 황을 포함한 유기화합물은 휘발성이 좋은데다가 공기 중으로 쉽게 퍼지며, 인간의 후각 수용체를 매우 민감하게 자극하는 특징이 있습니다. 그래서 아주 미세한 가스 누출도 비교적 빨리 알아차릴 수 있는 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요.격렬한 운동을 하면 근육은 평소보다 훨씬 많은 에너지를 필요로 하는데요, 이때 산소 공급이 충분하면 유산소 호흡을 통해 포도당이 완전히 분해되어 많은 에너지를 만들 수 있습니다. 하지만 숨이 차고 산소 공급이 부족해지면 근육 세포는 무산소 호흡으로 에너지를 계속 생산하게 됩니다. 이 과정에서는 먼저 포도당이 분해되어 피루브산이 만들어지고, 이후 산소가 부족하면 피루브산이 환원되면서 젖산이 생성되는데요, 이 과정은 적은 양이지만 빠르게 에너지를 계속 만들 수 있어 순간적인 고강도 운동을 유지하는 데 도움이 됩니다.젖산은 구조적으로 탄소 3개로 이루어진 분자이며, 두 가지 중요한 작용기를 가지고 있는데요, 하나는 산성을 나타내는 카복실기이고, 다른 하나는 알코올 성질을 가지는 수산기입니다. 이 두 작용기가 함께 존재하기 때문에 젖산은 산성과 친수성을 동시에 가지는 유기산으로 분류됩니다. 과거에는 운동 후 근육통이 젖산이 쌓여서 생긴다고 많이 알려지기도 했습니다. 하지만 현재는 젖산 자체보다 운동 중 발생한 미세한 근섬유 손상, 염증 반응, 대사 변화가 근육통의 더 중요한 원인으로 알려졌으며, 또한 젖산은 비교적 빠르게 혈액이나 다른 조직으로 이동해 다시 에너지원으로 사용되기도 합니다. 감사합니다.

안녕하세요.좀약의 주성분인 나프탈렌이 시간이 지나면서 점점 작아지는 이유는 고체 상태에서 액체를 거치지 않고 바로 기체로 변하는 승화가 일어나기 때문입니다. 이런 승화가 비교적 쉽게 일어나는 이유는 나프탈렌 분자들 사이의 인력이 아주 강하지 않기 때문입니다. 이때 나프탈렌은 탄소와 수소로만 이루어진 방향족 화합물인데요, 두 개의 벤젠 고리가 붙어 있는 평면 구조를 가지고 있습니다. 즉 분자 자체는 비교적 대칭적이어서 전하가 한쪽으로 치우친 극성 구조를 거의 만들지 않기 때문에 나프탈렌은 무극성 분자에 가깝습니다. 무극성 분자들 사이에는 주로 분산력이라는 비교적 약한 분자 간 인력이 작용하는데요, 물처럼 강한 수소결합이나 강한 쌍극자 인력이 존재하지 않습니다. 따라서 분자들이 고체 상태로 모여 있어도 열에너지를 조금만 받아도 일부 분자가 표면에서 빠져나와 기체 상태로 이동할 수 있는 것입니다. 즉, 나프탈렌은 구조로 인하여 분자 사이에 강한 극성 인력이 형성되지 않고, 주로 약한 분산력에 의해 모여 있기 때문에 상온에서도 조금씩 기체로 변하며 승화가 일어나고, 시간이 지나면 좀약의 크기가 점점 줄어들게 되는 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요.생분해성 플라스틱이 기존 플라스틱보다 환경 오염을 줄일 수 있는 이유는 자연환경 속 미생물이 이 고분자를 화학적으로 분해할 수 있는 결합 구조를 가지고 있기 때문입니다. 일반적인 플라스틱인 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌은 탄소와 탄소가 매우 안정한 단일결합으로 길게 연결되어 있는데요, 이런 구조는 화학적으로 매우 안정해서 물, 산소, 미생물 효소에 쉽게 분해되지 않습니다. 따라서 자연에 버려지면 수십 년에서 수백 년 동안 남아 환경 오염의 원인이 될 수 있습니다. 반면에 생분해성 플라스틱은 분자 사슬 안에 미생물이 공격하기 쉬운 결합을 포함하는 경우가 많은데요, 대표적으로 에스터 결합이 포함된 구조가 많습니다. 예를 들어 폴리젖산 같은 재료는 미생물이 분비하는 효소에 의해 결합이 끊어질 수 있습니다. 우선 미생물은 먼저 효소를 이용해 고분자 사슬을 작은 조각으로 자르고, 이후 이것을 자신의 에너지원이나 탄소원으로 이용하는데요, 이 과정이 계속되면 최종적으로 이산화탄소, 물, 그리고 생물체 내 유기물 형태로 전환될 수 있는 것입니다. 즉 생분해성 플라스틱은 기존의 플라스틱과는 달리 미생물 효소가 끊을 수 있는 화학 결합을 가지고 있어서 자연계 물질 순환에 참여할 수 있기 때문에 환경 오염을 줄일 수 있다고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.

안녕하세요.천연고무는 기본적으로 긴 고분자 사슬들이 서로 얽혀 있는 구조를 가지고 있는데요, 천연고무의 주성분은 폴리이소프렌인데, 이 상태에서는 고분자 사슬들 사이가 주로 약한 분자 간 인력으로만 연결되어 있습니다. 따라서 힘을 가하면 사슬들이 쉽게 미끄러지거나 서로 위치가 바뀌어, 너무 늘어나거나 끈적거리고, 온도 변화에도 물성이 쉽게 달라질 수 있습니다.여기에 황을 넣고 가열하는 과정을 가황이라고 하는데요, 이때 가열하면 황 원자가 고무 사슬 사이에 들어가 서로 다른 고분자 사슬들을 화학적으로 연결하게 됩니다. 즉 따로 움직이던 긴 사슬들 사이에 황이 다리처럼 연결 구조를 만들어 주는 가교 결합이 형성됩니다. 이 가교 결합이 생기면 고분자 사슬들이 완전히 자유롭게 미끄러지지 못하게 되는데요, 이때 고무를 잡아당기면 사슬들이 일시적으로 늘어나지만, 힘을 제거하면 연결된 구조 덕분에 원래 배열로 돌아가려는 힘이 강하게 작용합니다. 이것이 탄성이 향상되는 원리라고 보시면 됩니다. 또한 가황된 고무는 단순히 탄성만 좋아지는 것이 아니라, 열에 의해 너무 물러지거나 추위에 의해 지나치게 딱딱해지는 현상도 줄어들며, 마찰과 마모에도 더 강해져 자동차 타이어 같은 제품에 적합한 성질을 갖게 됩니다. 감사합니다.

안녕하세요.플래티넘족 원소는 주기율표에서 비슷한 화학적 성질을 가지는 금속 원소들의 집합입니다. 대표적으로 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐 등이 있으며, 해당 원소들은 지각에 매우 적게 존재하기 때문에 희소 금속으로 분류됩니다.이들의 주요 성질로는 우선 화학적으로 매우 안정한데요, 쉽게 산화되거나 부식되지 않아서 고온이나 강한 화학 환경에서도 성질이 잘 유지됩니다. 또한 촉매 성능이 매우 뛰어나서 적은 양으로도 화학 반응 속도를 크게 높일 수 있습니다. 그래서 자동차 배기가스 정화 장치, 석유화학 공정, 연료전지, 정밀 전자 소재 등에 널리 사용되고 있으며, 전기 전도성과 내열성도 우수해 첨단 산업에서 가치가 매우 높습니다. 하지만 해당 원소들의 희소성이 큰 만큼 경제적 문제도 발생하는데요, 매장량이 제한되어 있고 생산 국가가 일부 지역에 집중되어 있기 때문에 공급이 불안정할 수 있습니다. 특정 국가의 생산 차질이나 국제 정세 변화만으로도 가격이 크게 변동할 수 있고, 이는 자동차, 반도체, 에너지 산업 전체의 생산 비용 상승으로 이어질 수 있습니다. 경제적 문제 외에도 환경적인 문제도 큽니다. 플래티넘족 금속을 채굴하려면 많은 암석을 처리해야 하므로 산림 훼손, 토양 파괴, 수질 오염 같은 문제가 발생할 수 있습니다. 또한 광석에서 금속을 분리하는 과정에서 많은 에너지와 화학 약품이 사용되어 탄소 배출과 폐기물 문제가 생길 수 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.폴리에틸렌 테레프탈레이트는 에스테르 결합을 포함하는 대표적인 폴리에스터 고분자인데요, PET가 재활용 과정에서 다시 녹고 형태를 바꿀 수 있는 이유는, 분자 구조가 열가소성 고분자의 특징을 가지고 있기 때문입니다.원래 PET의 분자들은 길게 연결된 사슬 형태로 배열되어 있으며, 분자 내부에서는 공유결합으로 단단히 연결되어 있지만, 서로 다른 고분자 사슬들 사이에는 공유결합처럼 강한 화학 결합이 아니라 분자 간 인력이 주로 작용합니다. 그래서 열을 가하면 사슬 자체가 끊어지는 것이 아니라, 사슬들 사이의 인력이 약해지면서 분자들이 서로 움직일 수 있는 유동성이 생기는 것입니다. 이 때문에 고체 상태였던 PET가 부드러워지고 녹아서 원하는 형태로 다시 성형될 수 있습니다. 이때 PET 안에 있는 에스테르 결합은 고분자 사슬을 구성하는 중요한 연결 구조이지만, 일반적인 재활용 온도에서는 쉽게 끊어지지 않는 강한 결합입니다. 따라서 대신에 사슬들 사이의 배열과 움직임이 변하면서 가공이 가능해지는 것입니다. 반면 분자들이 그물처럼 화학적으로 촘촘히 연결된 열경화성 수지는 이런 움직임이 어렵기 때문에 다시 녹지 않습니다. 감사합니다.

안녕하세요.식물성 기름은 원래 불포화 지방산이 많기 때문에 포화 지방산에 비해서 유동성이 높아 상온에서 액체 상태인 경우가 많습니다. 반면에 기름을 마가린처럼 고체에 가깝게 만들기 위해 과거에는 수소를 첨가하는 공정을 많이 사용했는데, 이 과정에서 일부 지방산의 구조가 바뀌면서 트랜스 지방이 생성될 수 있습니다. 원래 자연 상태의 불포화 지방산은 이중결합 주변 원자들이 같은 방향에 있는 구조가 많습니다. 이런 구조는 탄소 사슬을 약간 구부러지게 만들어 분자들이 촘촘하게 쌓이지 못하게 하므로 액체 상태를 유지하기 쉬운 것입니다. 그런데 수소 첨가 과정에서 일부 이중결합 구조가 바뀌어 트랜스 형태가 되면, 탄소 사슬이 거의 직선에 가까워집니다. 이렇게 의도적으로 만들어진 직선 구조는 포화지방산의 구조와 매우 비슷하며, 분자들이 서로 촘촘하게 배열될 수 있게 되면서 녹는점이 올라가고 고체 성질이 강해집니다. 문제는 이런 구조가 우리 몸속에서도 영향을 준다는 점인데요, 트랜스 지방은 세포막의 유동성을 떨어뜨리고, 혈액 속 지질 대사에도 불리하게 작용할 수 있습니다. 특히 나쁜 콜레스테롤은 증가시키고 좋은 콜레스테롤은 감소시키는 방향으로 작용하여 심혈관 건강에 부담을 줄 수 있기 때문에 문제가 됩니다. 감사합니다.