Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 잠자리가 언제부터 이 세상에 존재 했는지 궁금합니다.
안녕하세요. 잠자리는 약 3억 년 전 석탄기(Carboniferous period)부터 지구상에 존재했던 것으로 추정됩니다. 이는 고생대(Paleozoic era)에 해당하며, 당시 잠자리의 조상으로 여겨지는 메가뉴로프시스(Meganeuropsis)와 같은 거대한 곤충 화석이 발견되었습니다. 이 화석들은 잠자리가 오늘날의 형태와 유사한 구조를 가지고 있음을 보여줍니다. 잠자리와 같은 곤충류는 곤충계에서 가장 오래된 비행 곤충 중 하나로, 날개를 가진 곤충의 조상으로 여겨집니다. 약 3억 년 전 석탄기 시기에는 오늘날보다 산소 농도가 훨씬 높아(약 30~35%) 곤충이 대형화될 수 있는 환경이 조성되었습니다. 이로 인해 잠자리의 조상은 날개 길이가 최대 70cm에 이르는 거대한 크기를 가졌습니다. 이들은 당시의 포식자로 군림하며, 주로 작은 곤충이나 소형 동물을 사냥했던 것으로 추정됩니다. 메가뉴로프시스(Meganeuropsis)는 잠자리와 비슷한 형태를 가진 멸종된 고대 곤충으로, 오늘날의 잠자리와 비교해 훨씬 거대했습니다. 메가뉴로프시스의 날개 길이는 최대 약 70cm로, 이는 현대의 가장 큰 새와 비교할 만한 크기입니다. 이 곤충은 석탄기와 초기 페름기(Permian period)에 걸쳐 서식했으며, 당시의 높은 산소 농도와 포식자 경쟁이 적었던 환경이 이와 같은 대형화를 가능하게 했습니다.
Q. 귤에 붙어있는 하얀 거는 귤락입니다~ 라는 노래가 있는데
안녕하세요. 귤, 오렌지, 천혜향, 레드향 등 감귤류 과일에 붙어 있는 하얀 부분은 모두 학술적으로 알베도(albedo)라고 불립니다. 이는 과일의 껍질을 구성하는 두 층 중 하나로, 껍질의 바깥쪽 유색 층인 플라베도(flavendo) 바로 아래에 위치한 하얀 층입니다. 이 하얀 층은 껍질과 과육 사이의 완충 역할을 하며, 섬유질(주로 셀루로스와 펙틴)로 구성되어 있습니다. 과학적 용어로는 알베도라는 공통 명칭을 사용하지만, 과일의 종류에 따라 일반적으로 귤은 귤락, 오렌지의 경우 오렌지락, 천혜향이나 레드향은 천혜향락, 레드향락으로 불릴 수 있습니다. 이는 과일의 이름과 단순히 연결한 일종의 별칭일 뿐이며, 하얀 부분의 본질적인 구성은 모든 감귤류 과일에서 유사합니다.
Q. 산화제를 이용해 석탄을 고온에서 태울 때 발생하는 다이옥신은 어떤 화학 구조를 가지고 있나요?
안녕하세요. 다이옥신(dioxin)은 석탄과 같은 유기물이 고온에서 연소하거나 염소를 포함한 화학 물질이 불완전 연소될 때 형성되는 극도로 독성이 높은 오염 물질로, 주요 구성 성분은 폴리염화디벤조-p-다이옥신(polychlorinated dibenzo-p-dioxins ; PCDDs)입니다. 다이옥신은 두 개의 벤젠 고리가 두 산소 원자로 연결된 기본 골격에 염소 원자가 치환된 구조를 가지고 있으며, 그 독성은 특정 치환 패턴에 따라 크게 좌우됩니다. 다이옥신의 기본 화학식은 다음과 같습니다 : C₁₂H₈₋ₙClₙO₂ 여기서 n은 염소 원자의 수(1~8)을 나타냅니다. 가장 독성이 강한 유형은 2,3,7,8-테트라클로로디벤조-p-다이옥신(TCDD)으로, 벤젠 고리의 2,3,7,8 위치에 염소 원자가 치환되어 있습니다. 이 분자의 구조적 안정성과 높은 지용성은 다이옥신이 환경과 생체 내에서 장기적으로 축적되게 만듭니다. TCDD의 화학 구조는 C₁₂H₄Cl₄O₂ 입니다. 다이옥신은 주로 고온(약 200~600°C)에서 발생하는 불완전 연소 과정에서 생성됩니다. 이 과정은 탄소 기반 유기물과 염소를 포함한 물질이 열에 의해 분해 및 재결합되는 반응으로 이루어집니다. 예컨데, 염소 원소가 포함된 플라스틱(PVC) 또는 염화유기화합물이 석탄 연소 과정에서 반응하면 다이옥신이 형성될 수 있습니다. 생성 반응은 자유 라디칼을 통해 진행되며, 산소 농도가 낮고 불완전한 연소 조건일수록 다이옥신 형성 가능성이 높아집니다. 다이옥신의 독성은 주로 아릴 탄화수소 수용체(Ah receptor)와의 결합에서 원인을 찾을 수 있습니다. TCDD와 같은 다이옥신류는 Ah 수용체에 강하게 결합하여 세포의 유전자 발현을 변화시키고, 이러한 변화는 암, 생식 독성, 면역 억제, 호르몬 교란을 초래할 수 있습니다. 이 물질은 1군 발암물질로 분류되며, 특히 장기 노출 시 높은 발암성을 나타냅니다. 또한, 다이옥신은 높은 지용성으로 인해 체내 지방 조직에 쉽게 축적되며, 생물 농축(biomagnification)을 통해 식품 사슬 상위로 농도가 증가합니다. 이는 다이옥신이 환경 오염 물질로서의 주요 위험 요인으로 간주되는 이유 중 하나입니다.
Q. 금속 촉매가 현대 화학 공업에서 중요한 이유와 주요 활용 사례는 무엇인가요?
안녕하세요. 금속 촉매는 현대 화학 공업에서 필수적인 도구입니다. 화학 반응의 활성화 에너지를 낮추고, 반응 속도를 그대화하여 선택성을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다. 촉매난 자체가 소모되지 않으면서도 반응 경로를 변경하여 열역학적으로 불리하거나 매우 느리게 진행될 반응을 효율적으로 진행할 수 있도록 돕습니다. 이는 금속 촉매의 표면에서 반응이 일어나는 독특한 특성에 기인하며, 이 과정은 주로 흡착(adsorption), 활성화(activation), 반응(reaction), 탈착(desorption) 단계를 포함합니다. 금속 촉매의 주요 작용 메커니즘은 금속 표면에서 반응물이 흡착되어 반응물이 약해지거나 활성화되는 과정을 포함합니다. 예를 들어, 백금(Pt)이나 팔라듐(Pd) 같은 귀금속 촉매는 반응물을 표면에 고정하여 결합을 약화시키고, 반응 속도를 높이는 데 필요한 활성화 에너지를 낮춥니다. 이러한 촉매 작용은 반응물을 원하는 제품으로 선택적으로 변환할 수 있어, 화학 공업에서의 효율성과 경제성을 높이는 핵심적인 요인으로 작용합니다. 암모니아 합성을 예로 들어본다면, 하버-보슈 공정에서는 철(Fe) 기반 촉매가 사용됩니다. 이 반응에서 질소(N₂)와 수소(H₂)가 반응하여 암모니아(NH₃)를 생성하며, 촉매의 역할은 질소-질소 삼중 결합을 깨는 높은 활성화 에너지를 낮추는 것입니다. 이 반응식을 화학식으로 표현하면 : N₂ + 3H₂ → 2NH₃ 또 다른 사례를 예로 들어보면, 자동차 배기가스 정화 장치에서 사용되는 삼원 촉매 변환기가 있습니다. 여기서 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 촉매는 배기가스 중의 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC)를 각각 이산화탄소(CO₂), 질소(N₂), 및 물(H₂O)로 전환합니다. 이러한 촉매 반응은 화학 공업뿐만 아니라 환경 보호에도 큰 기여를 합니다.
Q. 손톱과 발톱은 어떤 성분으로 되어 있으며, 계속해서 자라는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 손톱과 발톱은 주로 단백질의 일종인 케라틴(keratin)으로 구성되어 있습니다. 케라틴은 고도로 구조화된 섬유 단백질로, 강도와 내구성을 제공하며, 손톱과 발톱뿐만 아니라 머리카락과 피부의 각질층에서도 발견됩니다. 손톱과 발톱의 강도는 케라틴 단백질 내부의 이황화 결합(disulfide bonds)에 의해 강화됩니다. 이 결합은 케라틴 섬유를 더욱 견고하게 만들어 손톱과 발톱이 외부 충격에 잘 견디도록 돕습니다. 손톱과 발톱은 피부의 특정 부위에 위치한 네일 매트릭스(nail matrix)라는 성장 부위에서 지속적으로 생성됩니다. 네일 매트릭스는 손톱과 발톱의 뿌리 부분에 위치하며, 여기서 새로운 케라틴 세포가 빠르게 생성됩니다. 이러한 세포는 아래에서 위로 밀려나면서 죽은 세포가 케라틴화되어 손톱과 발톱의 구조를 형성합니다. 이 과정이 계속 반복되면서 손톱과 발톱은 끊임없이 자라게 됩니다.