Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 겨울에도 자라나는 식물에는 무엇이 있나요?
안녕하세요. 겨울철에도 자라는 식물들은 저온에서 생존하고 번성할 수 있는 능력을 지녔으며, 다양한 종류가 있습니다. 이러한 식물들은 주로 추위를 견디는데 필요한 특별한 생리적 적응을 통해 겨울의 엄혹한 환경을 헤쳐 나갑니다. 동백나무(Camellia japonica)는 겨울철에 피는 대표적인 꽃으로, 추위에 강한 상록수입니다. 이 식물은 광택이 있는 짙은 녹색의 잎과 겨울에 피는 붉은 꽃이 특징이며, 한겨울에도 화사한 꽃을 볼 수 있어 많은 이들에게 사랑받습니다. 또한, 겨울철에 꽃을 피우는 매화(Prunus mume)도 유명합니다. 매화는 추운 겨울에 일찍 꽃을 피우며, 그 우아한 자태와 달톰한 향기로 많은 사람들을 매혹시킵니다. 눈 속에서도 꽃을 피우는 눈drop(Galanthus nivalis)은 겨울의 끝자락에 흰색의 작은 꽃을 내며, 이른 봄을 예고하는 신호로 여겨집니다.
Q. 화학적 에너지가 전기 에너지로 전환되는 과정에서의 효율을 결정 짓는 요인은 무엇인가요?
안녕하세요. 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 과정의 효율성은 다양한 요소에 의해 결정됩니다. 이 과정은 주로 연료 전지와 배터리 같은 전기화학적 시스템에서 관찰되며, 여기에서 효율은 에너지 손실을 최소화하고 최대한의 전기 에너지를 화학적 반응으로부터 추출하는 능력을 의미합니다. 전극 재료의 성능은 전기화학적 반응의 효율에 직접적인 영향을 미칩니다. 전극이 전자를 빠르고 효율적으로 전달할 수 있도록 고도로 전도성이면서도 화학적으로 안정한 재료를 사용하는 것이 중요합니다. 촉매 활성, 전기 전도성 및 내구성이 높은 재료의 선택은 시스템의 전반적인 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다. 전해질은 이온의 전달을 촉진하여 전극 간의 전하 이동을 가능하게 합니다. 전해질의 이온 전도도가 높을수록, 더 많은 전하가 빠르게 이동할 수 있어 전체적인 에너지 변환 효율이 증가합니다. 또한, 전해질의 화학적 안전성은 시스템의 수명과 직결되므로, 고온 및 고압 조건에서도 안정적인 성능을 유지할 수 있는 전해질의 선택이 필수적입니다. 전체 시스템의 설계는 열 관리, 반응기 구성, 반응 조건의 최적화를 포함합니다. 효율적인 열 관리 시스템은 필요 이상의 에너지 소비를 줄이고, 반응기의 설계는 반응 면적을 최대화하여 반응 속도를 높일 수 있습니다. 또한, 반응 조건을 정밀하게 제어하여 비효율적인 부반을 최소화하는 것도 중요합니다. 이러한 요소들은 모두 연료 전지 및 배터리의 성능을 최적하는데 중추적인 역할을 하며, 이를 통해 최종적으로 에너지 변환 효율을 결정짓습니다.
Q. 왜 탄소 사슬의 길이에 따라 유기 화합물의 끓는점이 달라지나요?
안녕하세요. 유기 화합물의 끓는점이 탄소 사슬의 길이에 따라 달라지는 현상은 분자 간 상호작용과 그로 인한 물리화학적 성질의 변화에 기인합니다. 이러한 현상을 이해하는 것은 화학 및 산업 공정의 설계와 최적화에 중요한 영향을 미칩니다. 탄소 사슬이 길어질수록 분자의 무게와 크기가 증가하며, 이는 분자 간의 반드레발스 힘(Van der Waals forces)을 강화시킵니다. 반데르발스 힘은 분자 간 비공유 결합력이며, 이력이 커지면 분자들을 함께 유지하는데 더 많은 에너지가 필요하게 됩니다. 결과적으로 끓는점이 상승하게 됩니다. 또한, 긴 탄소 사슬은 더 많은 표면적을 제공하여 분자 간 접촉을 증가시키고, 이로 인해 끓는점이 더욱 높아지게 됩니다. 끓는점의 변화는 또한 분자의 형태에도 영향을 받습니다. 예를 들어, 분자가 더 직선적이면 서로 촘촘히 포장될 수 있어 끓는점이 더욱 높아지는 경향이 있습니다. 반면, 분자가 분기를 가질 경우, 포장 효율이 감소하여 상대적으로 끓는점이 낮아집니다.
Q. 모든 세포에는 염색체가 꼭 포함되어 있나요?
안녕하세요. 염색체의 존재 여부는 생물의 세포 유형에 따라 달라집니다. 세포는 크게 진핵세포와 원핵세포로 나눌 수 있으며, 각각의 세포 유형에서 염색체의 형태와 위치가 다릅니다. 진핵세포에 속하는 인간, 동물, 식물, 곰팡이 등은 핵을 가지고 있으며, 이 핵 안에 염색체가 있습니다. 진핵세포의 염색체는 DNA와 단백질로 구성된 복잡한 구조를 이루고 있으며, 세포 분열 시에는 명확하게 구분되어 보이는 염색체로 관찰됩니다. 이러한 염색체는 유전 정보의 주요 저장소로 기능하며, 생명체의 발달, 성장, 기능 등을 조절하는데 필수적인 역할을 합니다. 반면, 원핵세포에 속하는 박테리아와 고세균은 분명한 핵을 가지고 있지 않으며, "핵역"이라는 지역에서 DNA가 자유롭게 세포 내에 존재합니다. 원핵세포의 DNA는 주로 원형 염색체의 형태를 하고 있으며, 이 원형 염색체는 세포의 유전 정보를 담고 있습니다. 또한, 원핵세포는 때때로 작은 크기의 플라스미드라고 불리는 추가적인 DNA 조각을 가지고 있을 수 있습니다. 따라서 모든 세포에 염색체가 포함되어 있다고 말할 수 있지만, 그 형태와 위치는 세포의 유형에 따라 다르게 나타납니다.
Q. 왜 암모니아 합성은 높은 온도와 압력을 필요로 하나요?
안녕하세요. 암모니아(NH₃) 합성은 주로 하버-보슈 공정을 통해 이루어지며, 이 과정에서 높은 온도와 압력이 필요한 이유는 화학 반응의 역학과 속도를 조절하기 위함입니다. 암모니아는 질소(N₂)와 수소(H₂) 가스의 반응으로 생성되며, 이 반응으 ㄴ열역학적 및 속도론적 특성 때문에 특별한 조건을 필요로 합니다. 질소는 매우 안정한 분자로, 강한 삼중 결합(N≡N)을 가지고 있습니다. 이 삼중 결합을 깨고 암모니아를 형성하기 위해서는 많은 에너지가 필요합니다. 암모니아 합성 반응은 발열 반응이지만, 반응이 진행되려면 초기에 질소 분자의 결합을 깨는데 상당한 에너지가 소모됩니다. 따라서 높은 온도가 필요한데, 이는 반응물에 충분한 에너지를 제공하여 반응이 진행될 수 있게 합니다. 높은 온도는 반응 속도를 증가시키는 데도 중요합니다. 하버-보슈 공정에서는 일반적으로 400~500°C의 온도에서 반응이 이루어집니다. 이 온도는 질소와 수소가 충분히 반응하여 암모니아를 형성할 수 있도록 활성화 에너지 장벽을 극복하게 도와줍니다. 높은 압력은 반응의 평형을 암모니아 생성 쪽으로 이동시키는데 필수적입니다. 르 샤틀리에의 원리에 따르면, 반응물의 분압을 증가시키면 평형이 생성물 쪽으로 이동하여 더 많은 암모니아가 생성됩니다. 하버-보슈 공정은 보통 150-300기압에서 수행됩니다. 이러한 높은 압력은 질소와 수소 분자를 충분히 밀접하게 만들어 반응 확률을 높이고, 더 많은 암모니아를 생산하게 합니다. 이러한 조건 하에서도 질소와 수소의 반응은 촉매 없이는 매우 느리게 진행됩니다. 철(Fe) 기반의 촉매는 이 반응을 가능하게 하고 효율을 높이는데 사용됩니다. 촉매는 반응의 활성화 에너지를 낮추어 반응 속도를 증가시키고, 온도와 압력 조건 하에서도 경제적이고 효율적인 암모니아 생산을 가능하게 합니다.