Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 질소비료 만들 때 질소로 암모니아를 만든 후 질산암모늄을 어떻게 만드나요?
안녕하세요. 질산암모늄의 제조 과정은 암모니아(NH₃)로부터 시작되며, 이 과정은 대표적으로 하버-보슈(Harber-Bosch) 방법을 통해 이루어집니다. 하버-보슈 공정에서는 대기 중의 질소(N₂)와 천연가스에서 추출한 수소(H₂)를 고온, 고압 조건에서 촉매를 사용하여 암모니아로 전환합니다. 이렇게 생산된 암모니아는 질산암모늄(NH₄NO₃) 생산을 위한 중간 원료로 사용됩니다. 암모니아를 질산암모늄으로 변환하는 과정은 두 단계를 포함합니다. 첫 번째 단계에서는 암모니아가 산화되어 질산(NO₂)을 형성하며, 이 과정은 촉매의 존재 하에 공기의 산소(O₂)와 반응하여 이루어집니다. 이어서 생성된 질산은 두 번째 단계에서 암모니아와 추가적으로 반응하여 질산암모늄을 형성합니다. 이 중화 반응은 질산의 산성을 중화시키는 암모니아의 염기성 성질 때문에 가능하며, 결과적으로 안정된 염인 질산암모늄이 생성됩니다. 이 과정은 화학적 반응의 효율성을 최대화하고 산업적으로 중요한 비료를 대량으로 생산할 수 있게 해줍니다. 질산암모늄은 농업에서 널리 사용되는 질소 비료로서, 토양에 쉽게 흡수될 수 있으며 식물의 성장을 촉진하는 필수 영양소를 제공합니다.
Q. 콜라는 녹도 제거를 해 준다는데 어떤 성분 때문에 그런가요?
안녕하세요. 콜라가 녹을 제거하는 데 효과적인 이유는 그것이 포함하고 있는 산성 성분 때문입니다. 콜라에는 주로 인산(phosphoric acid, H₃PO₄)이 들어있으며, 이 성분은 높은 산성도(낮은 pH 값)를 제공합니다. 인산은 녹(산화철, Fe₂O₃)과 반응하여 철의 산화물을 더 용해성이 좋은 형태로 변환시키는 능력이 있습니다. 녹은 철이 산소와 반응해 형성된 산화철로, 이는 일반적으로 물에 잘 녹지 않습니다. 하지만 인산은 이 산화철과 반응하여 더 수용성이 좋은 화합물을 형성시키고, 이로 인해 녹이 '제거'되는 것처럼 보일 수 있습니다. 실제로는 산이 산화철의 표면을 부식시켜 녹을 분해하는 과정을 촉진합니다. 이와 함께 콜라에는 구연산(citric acid)과 같은 다른 산성 성분들도 포함되어 있을 수 있으며, 이들 또한 비슷한 방식으로 녹을 제거하는 데 일정 부분 기여할 수 있습니다. 이러한 성분들은 산성 반응을 통해 금속 표면의 산화물과 반응하여 그 산화물을 용해시키거나 분해하는 데 도움을 줍니다.
Q. 위플볼이 휘는 원리가 무엇인가요? 베르누이의 원리와 관련이 있나요???
안녕하세요. 위플볼이 휘는 원리는 주로 베르누이의 원리와 마그누스 효과(Magnus effect)로 설명할 수 있습니다. 이 두 물리적 현상은 위플볼과 같은 공이 회전할 때 공기 중에서 일어나는 현상들을 설명해 줍니다. 마그누스 효과는 회전하는 물체 주변의 유체 흐름을 설명합니다. 의플볼이 투구될 때 회전하면, 이 회전은 공의 한쪽 면에서 공기를 빨리 밀어내고 반대편 면에서는 공기를 끌어당깁니다. 이로 인해 공의 위쪽이나 아래쪽(회전 방향에 따라 다름)에서 공기 속도가 빨라지고, 반대쪽은 공기 속도가 느려집니다. 이 공기의 속도 차이가 압력 차이를 만들어 내고, 공은 압력이 낮은 방향으로 휘게 됩니다. 위플볼은 특히 가벼우며 표면에 구멍이 있어 공기와의 상호작용이 더욱 복잡해집니다. 이 구멍들은 공의 회전과 함께 공기 흐름을 방해하고 변형시켜, 예측하기 어려운 경로로 공을 이동시킬 수 있습니다. 따라서 위플볼은 일반적인 야구공보다 훨씬 불규칙하게 움직이며, 이는 투수가 다양한 피칭 기술을 사용할 때 더욱 극적인 휘어짐을 경험할 수 있게 합니다.
Q. 화학반응식에서 산화반응과 환원 반응을 구분하는 방법
안녕하세요. 화학 반응에서 산화 반응과 환원 반응을 구분하는 기준은 전자의 이동에 의해 결정됩니다. 산화 반응은 어떤 원자나 이온이 전자를 잃는 과정을 말하며, 이 때 해당 원자나 이온의 산화수는 증가합니다. 반대로, 환원 반응은 원자나 이온이 전자를 얻어 산화수가 감소하는 현상입니다. 이러한 반응을 이해하기 위해 각 원소의 산화수 변화를 살펴보는 것이 중요합니다. 예를 들어, 반응 Cu²⁺ + Zn → Cu + Zn²⁺에서 구리(Cu²⁺)는 산화수가 +2에서 0으로 감소하므로 환원반응을 겪고, 아연(Zn)은 산화수가 0에서 +2로 증가하므로 산화반응을 겪습니다. 따라서 구리는 환원제로 작용하고 아연은 산화제로 작용하는 것을 알 수 있습니다.
Q. 여기서 구조물의 방향이 어떻게 되나요
안녕하세요. 이미지 상에 제시된 두 구조물 A와 B는 유체 흐름에 따라 압력과 속도의 변화를 설명할 수 있습니다. 베르누이 법칙에 따르면, 유체의 흐름에서 에너지 보존이 이루어집니다. 이 법칙은 비압축성, 비점성 유체의 흐름에 적용되며, 유체의 속도가 증가하면 압력이 감소한다고 설명합니다.구조물 A와 B의 방향 및 압력 변화- 구조물 A : 좁은 입구에서 넓은 출구로 유체가 흐르는 것을 나타낼 수 있습니다. 이 경우, 유체가 구조물의 좁은 부분을 통과할 때 속도가 증가하고 압력이 감소합니다. 그 후, 유체가 넓은 부분으로 흘러감에 따라 속도는 감소하고 압력은 증가하게 됩니다.- 구조물 B : 이 구조물은 넓은 입구에서 좁은 출구로 유체가 흐르는 형태를 가지고 있을 수 있습니다. 유체가 넓은 부분에서 좁은 부분으로 이동하면서 속도가 증가하고, 따라서 압력이 감소합니다.유체의 이동 방향- 구조물 A : 유체는 좌측(뾰족한 부분)에서 우측(넓은 부분)으로 이동할 가능성이 높습니다. 이는 유체가 구조적 제약을 받으며 속도가 변하는 과정에서 발생합니다.- 구조물 B : 유체는 우측(넓은 부분)에서 좌측(뾰족한 부분)으로 이동할 것으로 보입니다. 이는 좁아지는 부분에서 유체의 속도가 증가하기 때문입니다.문제 2) 구조물: 이미지에 보이는 구조물은 공기가 통과하는 경로를 형성하고 있으며, 구조물의 좁은 부분(입구 또는 출구)에서 공기가 빠르게 움직이게 됩니다. 이 지점에서 유체의 속도가 증가하므로, 베르누이 법칙에 따라 압력은 감소합니다. 이동 방향: 유체는 좁은 부분에서 고속으로 흐르며 넓은 부분으로 이동함에 따라 속도가 점차 감소합니다. 이는 공기가 구조물의 넓은 부분에서 느려지며 압력이 다시 증가할 수 있음을 의미합니다. 구조물 방향과 유체의 동적 특성구조물의 방향성은 공기가 좁은 입구로 들어가 넓은 출구로 나오는 것을 가정할 수 있습니다. 이 과정에서 유체의 속도와 압력 변화는 다음과 같이 나타납니다: 유체의 입구: 공기가 구조물로 들어가기 전보다 속도가 증가하고, 이에 따라 압력이 감소합니다. 유체의 출구: 공기가 구조물을 빠져나올 때 속도가 감소하고, 압력이 다시 증가합니다.