Doctor of Public Health 전상훈입니다
생물·생명
Q. 산소 농도가 높으면 생기는 현상 중 뭐가 맞는 건지 알려주세요.
안녕하세요. 산소 농도가 증가할 경우 식물의 생장에 미치는 영향은 산소의 증가 정도와 환경적 요인에 따라 다르게 나타납니다. 일정 수준의 산소 농도 증가는 세포 호흡(cellular respiration)을 활성화하여 대사 작용을 촉진하고, 성장 속도를 증가시킬 가능성이 있습니다. 실제로 고대 지구(고산소 환경, 약 3억 년 전)의 화석 기록을 보면, 당시 식물과 곤충의 크기가 지금보다 훨씬 컸던 것이 관찰되었습니다. 이는 산소 공급 증가가 생명 활동에 긍정적인 영향을 줄 수 있음을 시사합니다. 그러나 산소 농도가 과도하게 증가하면, 광합성이 저해될 가능성이 큽니다. 이는 루비스코(RuBisCO)라는 효소의 특성과 관련이 있습니다. 루비스코는 원래 이산화탄소(CO₂)를 고정하여 유기물을 합성하는 역할을 하지만, 산소(O₂) 농도가 높아지면 광호흡(photorespiration) 과정이 활성화됩니다. 광호흡은 탄소를 고정하는 대신 산소를 소비하면서 에너지를 낭비하는 과정이므로, 결과적으로 광합성 효율이 저하되고, 식물의 생장이 둔화될 수 있습니다. 또한, 산소 농도가 증가하면 질소 고정(nitrogen fixation) 과정에 영향을 미칠 수 있습니다. 질소는 식물의 성장에 필수적인 원소이며, 일부 박테리아가 대기 중 질소(N₂)를 암모니아(NH₃) 형태로 변환하여 식물이 이용할 수 있도록 합니다. 하지만, 높은 산소 농도는 이러한 질소 고정 박테리아의 활성을 억제할 수 있으며, 결과적으로 식물이 질소를 충분히 흡수하지 못해 생장에 제한을 받을 수 있습니다. 결론적으로, 산소 농도가 적절히 증가하면 식물의 성장 속도가 증가할 수 있지만, 과도하게 증가하면 광합성 저하, 광호흡 저하, 광호흡 증가, 질소 대사 방해 등의 이유로 생장이 저해될 수 있습니다. 따라서 산소 농도가 높아지면 '식물이 더 커진다'는 주장과 '광합성이 저해되어 성장하지 못한다'는 주장은 모두 부분적으로 타당하며, 산소 농도의 증가 정도와 환경적 조건에 따라 서로 다른 결과가 나타날 수 있습니다.
화학
Q. 밀폐형 버너 팝핑현상 도와주세요 고수님들
안녕하세요. 밀폐형 버너에서 발생하는 팝핑 현상(Popping)은 연소 혼합비의 불균형, 가스압 조절 문제, 공기 공급 상태 이상 등의 원인으로 발생합니다. 공기량이 적을 때, 연소 혼합비에서 산소 공급이 부족하여 불완전 연소가 유발되며, 이로 인해 연소실 내부에 가연성 혼합물이 축절될 가능성이 커집니다. 이러한 상황에서 점화가 이루어질 경우, 순간적인 폭발 연소가 발생하여 팝핑 현상이 더욱 심화될 수 있습니다. 반면, 공기량이 과도하게 많을 경우 불꽃이 연소실 내부에서 벗어나거나 소염될 가능성이 높아지지만, 일반적으로 팝핑 현상의 빈도는 감소합니다. 따라서 공기량이 부족할 때 팝핑 현상이 더욱 쉽게 발생합니다. 가스압이 높을 경우 연료 공급이 과다해지면서 순간적으로 연소실 내부의 연소 속도를 제어하기 어려워져 팝핑이 발생할 가능성이 커집니다. 특히, 높은 가스압에서 점화할 경우 연소실 내부의 압력 차이가 커져 급격한 연소 반응이 일어날 수 있습니다. 반대로, 가스압이 너무 낮으면 안정적인 연소가 어렵고 불완전 연소로 인해 가연성 혼합물이 남게 되어 점화 시 팝핑이 발생할 가능성이 있습니다. 그러나 일반적으로 가스압이 높을 때 팝핑 현상이 더욱 빈번하게 발생합니다. 결과적으로, 팝핑 현상은 공기량이 부족하거나 가스압이 과도하게 높을 때 더욱 쉽게 발생합니다. 연소 조건을 조정할 때는 적절한 공기와 연료 비율을 유지하는 것이 중요하며, 실험적으로 최적의 혼합비를 조정하는 것이 필수적입니다. 이와 관련된 내용을 심도 있게 접근하고 싶으시다면, Glassman, I., Yetter, R. A., & Glumac, N. G. (2014). Combustion. Academic Press. 또는 Turns, S. R. (2011). An Introduction to Combustion: Concepts and Applications. McGraw-Hill Education. 과 같은 논문을 추천드립니다.
화학
Q. 유리의 모양을 만들때 몇도까지 올리나요?
안녕하세요. 유리는 가열 온도에 따라 점성이 변화하며, 이를 활용하여 다양한 공예 및 산업적 가공이 이루어집니다. 유리의 가공 온도는 그 연화점(softening point), 가소성 온도(plastic range), 완전 용융점(fusion point) 등에 따라 구분되며, 일반적으로 600 ~ 1700 °C 범위에서 조절됩니다. 유리는 약 600 ~ 800 °C에서 연화되기 시작하며, 이때부터 점성이 증가하여 성형이 가능해집니다. 900 ~ 1200 °C에서는 유리가 보다 유동성을 띠며, 유리 불기(glassblowing)나 램프워크(lampworking) 등의 작업이 이루어집니다. 완전한 용융 상태에 도달하는 온도는 1400 ~ 1700 °C로, 이 단계에서는 유리가 액체 상태로 변하여 주조(casting) 및 대규모 성형이 가능합니다. 가공 후 유리는 500 ~ 600 °C에서 서서히 냉각하는 소성(annealing) 과정을 거쳐 내부 응력을 제거하며, 이 과정이 제대로 이루어지지 않으면 유리가 깨지기 쉬운 상태가 됩니다. 결론적으로, 유리 가공 온도는 그 성형 방식에 따라 다르며, 600 ~ 1700 °C 범위에서 연화, 성형, 용융 과정이 이루어집니다. 유리를 빨갛게 가열하는 장면은 대개 1000 °C 이상에서 점성이 증가한 상태로 가공되고 있음을 의미합니다. 이와 같은 내용을 심도 있게 접근하고 싶으시다면 Zanotto, E. D. (2010). Glass Crystallization Research - A 36-Year Retrospective. Jounal of Non-Crystalline Solids, 356(44-49), 2848-2865. 또는 Bange, P. G. (2008). Glassblowing Techniques and Applications. Glass Technology, 49(2), 45-56. 과 같은 논문을 추천드립니다.
생물·생명
Q. 인간의 뼈의 강직도는 어느정도인가요?
안녕하세요. 인간의 뼈는 생체 조직 중에서도 높은 강직도(stiffness)와 강도를 가지며, 기계적 특성이 정밀하게 조절된 복합 구조를 이룹니다. 뼈의 기계적 특성은 주로 강도(compressive strength), 인장 강도(tensil strength), 전단 강도(shear strength), 탄성 계수(elastic modulus ; young`s modulus) 등을 통해 정량적으로 평가가 가능합니다. 인간의 뼈는 탄성 계수가 약 17 ~ 20 GPa로, 이는 알루미늄(약 69GPa)보다는 낮지만, 일반적인 플라스틱이나 연질 생체 조직보다 훨씬 높은 값입니다. 또한, 압축 강도는 약 170 ~ 200 MPa로 대리석과 유사한 수준이며, 인장 강도는 약 100 ~ 150 MPa로서 강철(steel)의 약 1/10 수준에 해당됩니다. 그러나, 질량 대비 강도는 매우 우수합니다. 뼈의 내부 구조는 하버시안 시스템(haversian system)과 다공성(trabecular structure)의 조합을 통해 충격과 하중을 효과적으로 분산할 수 있도록 최적화되어 있습니다. 특히, 긴 뼈(long bones)는 하중이 주로 작용하는 방향으로 최적화된 콜라겐 섬유(collagen fibers)와 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite ; Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)의 배열을 통해 높은 강성을 유지합니다. 뼈의 강직도와 강도는 연령, 골밀도(bone mineral density ; BMD), 미세구조, 특정 부위에 따라 차이가 존재합니다. 예컨데, 대퇴골(femur)과 척추(vertebrae)는 상대적으로 강한 압축 하중을 견딜 수 있도록 최적화되어 있으며, 이는골다공증(osteoporosis) 등의 질환에 의해 감소할 수 있습니다. 결론적으로, 인간의 뼈는 생체 조직 중에서 가장 강성이 높은 구조물 중 하나이며, 압축 강도와 탄성 계수가 우수하여 체중 지탱과 운동 기능을 수행하는데 최적화된 물리적 특성을 갖습니다. 이에 대해 더 심도 있는 내용을 접하고 싶으시다면 Currey, J. D. (2002). Bone: Structure and Mechanics. Princeton University Press. 또는 Rho, J. Y., Kuhn-Spearing, L., & Zioupos, P. (1998). Mechanical properties and the hierarchical structure of bone. Medical Engineering & Physics, 20(2), 92-102. 와 같은 논문을 추천드립니다.
생물·생명
Q. 동물 새끼들도 자신들이 가족이라는 걸 인식하나요?
안녕하세요. 동물들도 어느 정도 가족 관계를 인식하는 것으로 보이며, 이는 후각, 청각, 시각적 신호를 통해 이루어지는 사회적 유대(social bonding)와 관련이 있습니다. 개나 고양이와 같은 포유류 새끼들은 어릴 때 어미와 형제자매들과 함께 성장하며, 주로 후각을 통해 서로를 인식합니다. 포유류의 경우, 출생 후 몇 주 동안 어미와 함께 자라면서 서로의 체취를 익히게 되고, 이러한 경험을 통해 같은 어미에게서 태어난 형제 자매를 구별할 수 있습니다. 강아지와 고양이는 어릴 때 같은 둥지에서 자란 형제자매를 성체가 된 이후에도 친숙한 개체로 인식하는 경향이 강합니다. 그러나 일정 시간이 지나 각자가 독립적으로 생활하면 형제자매로서의 유대감이 약해질 수 있습니다. 특히, 늑대, 사자, 코끼리, 침팬지 등과 같은 사회적 동물은 가족 간의 유대가 더욱 강하게 형성됩니다. 예컨데, 코끼리는 같은 가족 구성원을 수십 년 동안 인식하며, 침팬지는 혈연관계를 바탕으로 사회적 동맹을 형성하는 모습을 보입니다. 반면, 많은 육식 동물이나 일부 설치류는 성체가 된 후 경쟁 관계가 되면서 형제자매를 공격할 수도 있습니다. 결론적으로, 동물들은 성장 과정에서 형제 자매들과의 사회적 경험을 통해 서로를 인식할 수 있으며, 후각과 시각적 단서를 통해 가족임을 구별하는 경우가 많습니다.
화학
Q. 에비앙 석회수 마시면 몸에 안좋은가요?
안녕하세요. 에비앙과 같은 경수(hard water)는 칼슘(Ca²⁺)과 마그네슘(Mg²⁺)이온이 풍부한 물이며, 일반적으로 건강에 해롭지 않습니다. 오히려 이러한 미네랄 성분은 신체 기능 유지에 필수적인 영양소로 작용합니다. 석회수(limewater)라는 표현은 일반적으로 수산화칼슘(Ca(OH)₂)이 포함된 물을 의미하며, 이는 화학적으로 에비앙과 같은 천연 경수와는 다릅니다. 에비앙과 같은 경수는 석회암 지역에서 자연적으로 용해된 칼슘과 마그네슘을 포함한 물이며, 이온화된 형태로 존재하기 때문에 가열한다고 해서 갑자기 건강에 유해한 물질이 생성되지는 않습니다. 다만, 물을 끓이면 탄산칼슘(CaCO₃) 침전물이 생길 수 있으며, 이는 물떄(limescale)의 주요 성분이 됩니다. 경수를 장기간 섭취할 경우 몇 가지 우려가 제기되기도 합니다. 예컨데, 칼슘이 과다하게 섭취될 경우 신장결석(nephrolithiasis) 위험이 증가할 수 있으며, 마그네슘이 너무 많을 경우 장 기능에 영향을 줄 수 있습니다. 하지만 일반적인 식습관에서 경수 섭취만으로 칼슘과 마그네슘이 과다해지는 경우는 드뭅니다. 세계보건기구(WHO)에서도 경수 섭취가 건강에 유해하다는 명확한 근거는 없으며, 오히려 적정 수준의 칼슘과 마그네슘을 포함한 물을 마시는 것이 골다공증 예방과 심혈관 건강에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다고 보고된 바 있습니다. 이와 같은 내용을 폭 넓게 접근하고 싶으시다면 WHO (2011). Guidelines for Drinking-water Quality. 4th Edition. World Health Organization. 또는 Heaney, R. P. (2006). Role of dietary calcium in prevention of kidney stones. Journal of the American College of Nutrition, 25(2), 134-141. 과 같은 문헌을 추천드립니다.
화학
Q. 유기화학 1,3-이축방향 스트레인
안녕하세요. 질문 1 : 1,3-이축방향 스트레인(1,3-diaxial strain)의 정의 1,3-이축방향 스트레인은 시클로헥세인 고리에서 동일한 축(axial) 방향에 있는 치환기 간의 입체 장애를 의미합니다. 따라서, 특정 치환기가 1번 탄소의 axial 위치에 있을 때, 3번 탄소와 5번 탄소에 위치한 axial 수소와의 입체 상호작용이 모두 고려됩니다. 즉, 1번 치환기와 3번 탄소의 axial 수소 간의 입체장애뿐만 아니라, 1번 치환기와 5번 탄소의 axial 수소 간의 입체장애를 모두 포함하여 1,3-이축방향 스트레인이라 합니다. 이는 치환기가 크면 클수록 두개의 axial 수소와의 충돌이 커지며, 분자의 불안정성이 증가하는 효과를 유발합니다. 결론적으로, 1,3-이축방향 스트레인은 단순히 1번 치환기와 3번 수소 사이의 입체 장애만을 의미하는 것이 아니라, 1번 치환기와 3번 수소 및 5번 수소와의 모든 입체 장애를 통틀어 정의됩니다. 질문 2 : 1,3-이축방향 스트레인과 고우시(Gauche) 상호작용의 관계 고우시 상호작용은 뉴먼 투영식에서 두 치환기가 60° 회전한 위치에서 발생하는 입체장애 입니다. 일반적인 뷰테인(butane)에서 CH₃−CH₃ 간의 고우시 상호작용을 예로 들면, 두 메틸기가 60° 회전한 상태에서 서로 가까이 위치하며 입체장애를 유발합니다. 시클로헥세인의 의자형(conformer) 구조에서 1번 탄소의 axial 치환기와 3번 탄소의 axial 수소(또는 5번 탄소의 axial 수소)는 입체적으로 고우시와 유사한 형태의 상호작용을 보이지만, 정확히 동일한 고우시 상호작용은 아닙니다. 즉, 1번 치환기의 원자가 3번 또는 5번 탄소의 axial 수소와 가까워지며 입체적인 충돌을 유발하는 형태가, 뷰테인에서의 CH₃-CH₃ 고우시와 유사한 입체적 배치를 보이므로 이를 '고우시 유사 상호작용(gauche-like interaction)'이라 해석할 수 있습니다. 하지만 뉴먼 투영식에서의 정확한 60° 고우시 배치를 형성하는 것은 아니기 때문에 완전히 같은 개념은 아닙니다. +추가 질문 : 일반적으로, 분자 내에서 치환기와 다른 치환기 간에 입체 장애가 발생하는 경우는 많지만, 모든 입체장애를 고우시라고 부르지는 않습니다. 고우시는 뉴먼 투영식에서 60° 비틀린 형태에서 발생하는 입체 장애를 의미하며, 시클로헥세인의 1,3-이축방향 스트레인은 이러한 고우시와 유사하지만 정확히 동일한 개념은 아닙니다. 질문 3 : 1,3-이축방향 스트레인과 고우시의 실제 관계 1번 탄소의 axial 치환기와 3번 탄소의 axial 수소는 입체적으로 가까운 위치에 있기 때문에 고우시(gauche)와 유사한 상호작용을 하지만, 뉴먼 투영식에서의 정확한 60° 관계를 가지지는 않습니다. 뷰테인에서의 고우시 상호작용은 두 메틸기(CH₃-CH₃)가 60° 비틀림을 형성한 상태에서 발생하는 반면, 시클로헥세인의 1,3-이축방향 스트레인은 고리형 구조 내에서 axial 위치에 있는 원자들 간의 충돌로 인해 생기는 입체 장애입니다. 따라서, 1번 치환기와 3번 수소의 관계를 '고우시와 유사한 입체장애'로 이해할 수는 있지만, 고우시라고 직접적으로 부르지는 않습니다. 이는 뉴먼 투영식에서의 60° 회전 관계를 갖지 않기 때문입니다. 결론적으로, 1,3-이축방향 스트레인은 일반적인 고우시 상호작용과 유사한 입체 장애를 포함하지만, 뉴먼 투영식에서의 정확한 60° 고우시 배치를 의미하는 것은 아닙니다. 하지만 입체적으로 가까운 위치에서 발생하는 입체장애라는 점에서, 고우시와 유사한 입체 상호작용(gauche-like steric interaction)으로 해석할 수 있습니다.
화학
Q. 산성과 염기성의 차이점은 무엇인지?
안녕하세요. 산성과 염기성은 수용액의 pH 값과 이온화 특성에 따라 구분되는 두 가지 화학적 성질을 의미합니다. 산성(acidity) 물질은 수용액에서 수소 이온(H⁺) 또는 양성자(proton)를 방출하는 성질을 가지며, 대표적으로 염산(HCl), 황산(H₂SO₄), 아세트산(CH₃COOH) 등이 있습니다. 산성 용액의 pH 값은 7 미만이며, 강산(strong acid)은 용액에서 완전히 이온화되는 반면, 약산(weak acid)은 부분적으로만 이온화됩니다. 반대로, 염기성(alkalinity) 물질은 수용액에서 수산화 이온(OH⁻)을 방출하거나 수소 이온을 받아들이는 성질을 가지며, 대표적으로 수산화나트륨(NaOH), 암모니아(NH₃), 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 등이 있습니다. 염기성 용액의 pH 값은 7 초과이며, 강염기(strong base)는 용액에서 완전히 이온화되며, 약염기(weak base)는 부분적으로만 해리됩니다. 산성과 염기성의 차이점은 비뢴스테드-로우리(Bronsted-Lowry) 및 아레니우스(Arrhenius) 정의에 따라 해석될 수 있습니다. 아레니우스 정의에 따르면, 산은 물에서 H⁺을 방출하는 물질이며, 염기는 OH⁻을 방출하는 물질로 설명됩니다. 브뢴스테드-로우리 정의에서는 산은 양성자 주개(proton donor), 염기는 양성자 받개(proton acceptor)로 설명됩니다. 이러한 차이로 인해 산성 용액은 금속과 반응하여 수소 기체(H₂)를 발생시키며, 염기성 용액은 단백질을 분해하는 등 강한 부식성을 나타낼 수 있습니다. 또한, 산성과 염기성은 중화 반응을 통해 물(H₂O)과 염(salt)을 형성하는 특징을 가지며, 이 반응은 H⁺ + OH⁻ → H₂O 의 형태로 표현됩니다. 결론적으로, 산성과 염기성은 수소 이온과 수산화 이온의 방출 여부에 따라 구별되며, pH 범위(산성: pH 7), 이온화 특성, 화학 반응성 등의 차이를 보입니다. 위와 같은 내용을 좀 더 폭 넓게 접하고 싶으시다면 Atkins, P. W., & de Paula, J. (2018). Atkins` Physical Chemistry. Oxford University Press. 또는 Petrucci, R. H., Herring, F. G., Madura, J. D., & Bissonnette, C. (2016). General Chemistry: Principles and Modern Applications. Pearson. 과 같은 논문을 추천드립니다.
생물·생명
Q. 연체류의 특성에는 어떤것이 있나요?
안녕하세요. 연체동물(Mollusca)은 무척추동물 중에서 가장 다양성이 높은 문(Phylum)으로, 해양, 담수, 육상 등 광범위한 환경에서 서식하며 독특한 생물학적 특성을 보입니다. 이들은 몸이 연하고 외골격을 가질 수 있으며, 기본적으로 머리(head), 내장덩어리(visceral mass), 발(foot) 세 부분으로 구성됩니다. 외투막(mantle)은 연체동물의 중요한 특징 중 하나로, 일부 종에서는 석회질 패각(shell)을 형성하여 보호 기능을 수행합니다. 그러나 오징어나 문어와 같은 두족류(Cephalopoda)는 패각이 퇴화하여 내부 골격 형태로 남아 있거나 완전히 소실되었습니다. 대부분의 연체동물은 개방혈관계(open ciculatory system)를 가지지만, 두족류는 고도로 발달한 폐쇄혈관계(closed circulatory system)를 보유하여 보다 효율적인 산소 공급이 가능합니다. 소화기관은 완전한 형태를 가지며, 입에는 치설(radula) 이라 불리는 긁는 형태의 구조가 존재하여 먹이를 갈거나 긁어 먹는데 사용됩니다. 조개류(Bivalvia)처럼 치설이 없는 경우에는 섬모 운동을 통해 먹이를 여과하는 방식(filter feeding)을 채택합니다. 연체동물은 해양, 담수, 습한 육상 환경에 걸쳐 널리 분포합니다. 특히, 이끼고둥류(Limpets), 가리비류(Scallops), 일부 연체동물들은 조간대(intertidal zone)와 같은 극한 환경에서도 생존할 수 있도록 적응하였습니다. 이와 같은 내용들을 심도 있게 접하고 싶으시다면, Pechenik, J. A. (2014). Biology of the Invertebrates. McGraw-Hill Education. 또는 Ponder, W. F., & Lindberg, D. R. (2008). Phylogeny and Evolution of the Mollusca. University of California Press.와 같은 논문을 추천드립니다.
화학
Q. 배에 가스가 차는 이유가 뭘까요???
안녕하세요. 가스는 주로 음식을 섭취하는 과정에서 삼켜진 공기(aerophagia)와 장내 미생물이 탄수화물을 발효하는 과정에서 생성됩니다. 특히, 탄수화물(식이섬유 포함)이 소장에서 완전히 분해되지 못하고 대장으로 이동하면, 장내 미생물이 이를 분해하면서 수소(H₂), 이산화탄소(CO₂), 메탄(CH₄) 등의 가스를 생성하게 됩니다. 위장 운동이 저하되거나 장내 가스 배출이 원활하지 않으면 가스가 정체되어 팽만감을 유발할 수 있습니다. 과민성 장증후군(Irritable Bowel Syndrome ; IBS)이나 기능성 소화불량(functinal dyspepsia) 등의 소화기 질환이 있는 경우, 장내 가스가 증가하고 배출이 어려워지는 경향이 있습니다. 식습관도 중요한 요소입니다. 탄산음료, 콩류, 유제품ㅡ유당 불내증이 있는 경우ㅡ, 인공 감미료(소리브톨, 만니톨 등), 섬유질이 풍부한 음식 등은 장내 발효를 촉진하여 가스를 증가시킬 수 있습니다. 또한, 급하게 먹거나 말하면서 음식을 섭취하는 경우 공기를 과도하게 삼키게 되어 가스가 증가할 수 있습니다. 스트레스와 자율신경계 변화도 장 기능에 영향을 미쳐 가스 배출을 저해할 수 있습니다. 특히, 스트레스는 장 운동을 조절하는 장 신경계(enteric nervous system)에 영향을 주어 가스 정체를 유발할 수 있습니다. 결론적으로, 배에 가스가 차는 것은 음식의 종류, 장내 미생물 활동, 위장 운동, 공기 섭취, 스트레스 등의 복합적인 요인과 관련이 있으며, 지속적인 증상이 있거나 불편함이 심하다면 식이 습관 조정과 소화기 검진을 고려해 보는 것이 바람직합니다. 이와 같은 내용들을 심도 있게 접하고 싶으시다면 Camilleri, M., & Gabbard, S. (2019). Intestinal gas dynamics: Mechanisms and clinical relevance. Gastroenterology, 157(6), 1514-1528. 또는 Quigley, E. M. M. (2017). Microbiota-brain-gut axis and irritable bowel syndrome. Journal of Clinical Gastroenterology, 51(1), 9-15. 와 같은 논문을 추천드립니다.