Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 일반화학 강산 약산 기준(짝염기가 물보다 세냐 약하냐)
안녕하세요. 강산과 약산의 구분에서 짝염기의 강도는 산-염기 반응의 역할을 이해하는데 중요한 과정입니다. 짝염기의 강도는 해당 염기가 H⁺(양성자)를 얼마나 잘 받아들이는지에 따라 결정되며, 이는 물과 짝염기를 비교하는 방식으로 이해할 수 있습니다. 강산은 물과의 반응에서 거의 완전히 이온화됩니다. 이 과정에서 형성된 짝염기(A⁻)는 매우 약한 염기로 작용하며, 물과 비교했을 때 H⁺에 대한 친화도가 낮습니다. 이는 강산의 짝염기인 A⁻가 물보다 염기성이 약하다는 의미입니다. 예를 들어, 염산(HCl)은 물과 반응하여 거의 완전히 해리되어 염화이온(Cl⁻)과 하이드로늄 이온(H₃O⁺)을 형성합니다. 이때 생성된 Cl⁻는 매우 약한 염기이므로 다시 H⁺를 받아들이려는 경향이 거의 없습니다. 반면, 약산은 부분적으로만 해리됩니다. 약산에서 생성된 짝염기(A⁻)는 물과 비교했을때 더 강한 염기성을 지니고, H⁺을 받아들이는 능력이 상대적으로 더 큽니다. 예를 들어, 아세트산(CH₃COOH)의 짝염기인 아세트산이온(CH₃COO⁻)은 물보다 염기성이 강하여 H⁺과 결합하는 경향이 더 큽니다. 이러한 비교는 산의 이온화 상수(Kₐ)와 관련이 있습니다. Kₐ 값이 큰 산은 강산이며, 이 경우 짝염기는 약한 염기입니다. 반대로 Kₐ 값이 작은 산은 약산이며, 이때 짝염기는 물보다 강한 염기성을 지닙니다. 이는 다음과 같은 화학식으로 요약할 수 있습니다 : HA + H₂O → A⁻ + H₃O⁺ 여기서 A⁻는 짝염기이며, 물과 반응하여 H⁺을 다시 받아들일 수 있는 능력을 가지는 정도에 따라 염기성이 결정됩니다. 물보다 염기성이 강하다는 의미는, 물과 A⁻가 같은 조건에서 H⁺과 반응할때 A⁻가 더 강하게 H⁺을 받아들인다는 것입니다. 따라서, 강산의 짝염기는 H⁺을 거의 받아들이지 않으므로 물보다 염기성이 약합니다. 반면, 약산의 짝염기는 물보다 H⁺과 결합하려는 성향이 강하여 상대적으로 염기성이 강합니다.
Q. 유전에 대해 우성과 열성을 구분하는 기준은 어떻게 되는 건가요?
안녕하세요. 유전에서 우성(dominant)과 열성(recessive)의 구분은 주로 특정 유전자 대립유전자(allele)가 이형접합자(heterozygous) 상태에서 표현형(phenotype)에 어떻게 발현되는지를 기준으로 정의됩니다. 이형접합자란 서로 다른 대립유전자 두 개를 가지고 있는 상태를 의미합니다. 예를 들어, 쌍꺼풀 유전자와 외꺼풀 유전자가 함께 존재할 때 쌍꺼풀이 나타난다면, 쌍꺼풀이 우성 형질로 정의됩니다. 우성 유전자는 일반적으로 단백질 생성과 같은 기능적인 역할을 수행하는 유전자에 해당됩니다. 이러한 유전자는 효소나 구조 단백질을 정상적으로 합성하여 특정한 생리적 기능을 수행합니다. 반면, 열성 유전자는 해당 기능이 결여되었거나 비활성화된 단백질을 생성하는 경향이 있습니다. 예를 들어, 열성 유전자가 결손되거나 비정상적인 단백질을 생성하는 경우, 이형접합자에서는 기능성 단백질을 만드는 우성 유전자가 해당 형질을 보완합니다. 우성과 열성의 개념은 멘델의 유전 법칙에 기반하며, 유전자는 각각 대립유전자 쌍으로 존재하며 이 중 하나가 우성으로 작용할 때 그 형질이 발현됩니다. 이때 열성 형질은 이형접합자의 경우 잠재되어 표현되지 않지만, 두 개의 열성 유전자가 결합된 동형접합자(homozygous recessive) 상태에서는 발현됩니다. 이해를 돕기 위해 쌍꺼풀과 외꺼풀 유전자 간의 관계를 예로 들면, 쌍꺼풀 유전자를 A, 외꺼풀 유전자를 a라고 표현할 수 있습니다. 이 경우 대립유전자 조합은 : AA - 쌍꺼풀 (동형접합자 우성) Aa - 쌍꺼풀 (이형접합자, 우성 발현) aa - 외꺼풀 (동형접합자 열성) 이형접합자(Aa)에서는 쌍꺼풀이 발현되며, 이는 쌍꺼풀 유전자가 우성임을 의미합니다. 이러한 구분은 유전 질환을 이해하는데도 유용합니다. 예를 들어, 특정 유전 질환은 열성으로 존재해 이형접합자 상태에서는 나타나지 않지만, 동형접합자 상태에서만 발현됩니다.
Q. 히트텍 의류는 어떤 원리로 체온이 더 높게 유지되나요?
안녕하세요. 히트텍(Heattech) 의류는 고급 섬유 기술을 활용하여 체온을 유지하는데 뛰어난 기능을 발휘합니다. 이러한 의류는 착용자의 체온을 효과적으로 유지하기 위해 열 보존, 흡습 발열, 마찰에 의한 열 생성, 수분 관리와 같은 여러 원리를 복합적으로 적용합니다. 히트텍 의류의 섬유는 미세한 공기층을 형성하여 단열 효과를 제공합니다. 공기는 열전도율이 낮기 때문에, 피부와 외부 환경 사이에 공기층이 형성되면 외부의 냉기를 차단하고 체온 손실을 최소화합니다. 이러한 원리는 열 보존(thermal insulation)의 기초로, 이 공기층이 자연적으로 단열재 역할을 합니다. 또한, 히트텍 섬유는 흡습 발열(moisture-wicking heat generation) 메커니즘을 통해 체온 유지를 돕습니다. 이 원리는 수분이 섬유에 흡수될때 수소 결합 재배치로 인한 미세한 열 방출에 기초합니다. 예를 들어, H₂O 분자가 섬유에 흡착될 때 발생하는 분자 간 상호작용은 작은 열 에너지를 생성하여 착용자가 따뜻함을 느끼게 합니다. 이와 더불어, 의류의 밀착된 섬유 구조는 피부와의 미세한 마찰을 통해 열을 발생시킵니다. 움직임에 따라 발생하는 이 미세한 열은 마찰열(frictional heat)로, 이는 피부 가까이에 형성된 열을 보존하고 추위를 방지하는데 기여합니다. 이러한 효과는 옷이 몸에 밀착될수록 강화됩니다. 마지막으로, 히트텍 의류는 수분을 효율적으로 흡수하고 빠르게 증발시켜 땀으로 인한 냉감을 최소화합니다. 이로 인해 체온이 일정하게 유지되며 착용자는 불쾌한 습기 없이 따뜻함을 느낄 수 있습니다. 동시에 이러한 섬유는 통기성(breathability)도 갖추고 있어 열 축적 없이 체온 조절이 용이합니다.
Q. 시간이라는 것을 모든 생물이 똑같이 느끼고 있는 것인가요?
안녕하세요. 시간에 대한 경험은 생명체의 종류에 따라 매우 다릅니다. 인간을 포함한 모든 생명체는 환경에 맞춰 고유의 생체 리듬(biological rhythms)을 가지고 있지만, 시간의 흐름을 인지하고 처리하는 방식은 생물학적, 신경학적 구조에 따라 상이합니다. 시간은 물리적으로 일정한 개념이지만, 이를 인지하고 경험하는 방식은 상대적이며 생물 종마다 다르게 나타납니다. 인간은 하루를 24시간으로 구분하고, 지구의 자전과 공전에 기반하여 일년을 365일로 계산합니다. 하지만 모든 생ㅁ여체가 이렇게 시간을 느끼고 구분하는 것은 아닙니다. 생명체들은 주로 일주기 리듬(circadian rhythm) 또는 계절 변화에 따라 시간의 흐름을 경험합니다. 일주기 리듬은 빛과 어둠의 주기에 맞춰 조절되는 신체의 내부 시계로, 수면-각성 주기나 호르몬 분비를 조절합니다. 곤충과 같은 작은 동물들은 신진대사율이 매우 빠르기 때문에 시간에 대한 인지가 인간과는 크게 다릅니다. 신진대사가 빠르면 자극에 대한 반응이 더 빨라져 시간의 흐름이 인간보다 느리게 느껴질 수 있습니다. 예를 들어, 파리는 인간보다 빠르게 시각 정보를 처리해 인간의 손이 느리게 움직이는 것처럼 느낍니다. 반려동물도 시간에 대한 감각을 가지며, 주인의 규칙적인 일상에 맞춰 일종의 습관적 리듬을 형성합니다. 하지만 시계를 읽거나 구체적인 시간을 인지하지는 못하며, 대신 특정 시간대에 발생하는 일련의 사건(ex : 주인의 귀가 시간)을 통해 시간을 예측합니다. 식물은 명확한 시간 감각을 가지지 않지만, 일주기 리듬과 계절적 변화를 감지해 꽃 피우기, 광합성, 휴면과 같은 활동을 조절합니다. 예를 들어, 해바라기는 하루 동안 태양을 따라 움직이는 광굴성(heliotropism)을 보입니다. 수명이 짧은 생물은 비교적 짧은 시간 주기 내에서 중요한 생리적 활동을 마칩니다. 반대로 장수하는 생물은 장기적인 환경 변화에 맞춰 적응하며, 시간을 흐름을 다르게 경험합니다. 인간과 같은 고등 동물은 뇌의 시상하부(hypothalamus)에 위치한 생체 시계가 일주기 리듬을 조절합니다. 이 리듬은 멜라토닌(melatonin)과 같은 호르몬에 의해 조절되며, 빛과 같은 외부 신호에 따라 동기화됩니다. 다른 동물들도 비슷한 생체 시계를 가지고 있으나, 각기 다른 환경과 생리적 요구에 따라 시간의 흐름을 다르게 경험합니다. 따라서 모든 생물이 시간을 똑같이 경험하지는 않습니다. 신경학적 구조, 신진대사율, 환경적응 능력에 따라 시간에 대한 경험은 크게 달라집니다. 인간이 하루를 24시간으로 인식하고 살지만, 다른 생ㅁ여체는 그들만의 리듬과 주기에 따라 시간을 경험하며 살아갑니다.
Q. 화약의 발화점은 어떻게 되나요???
안녕하세요. 화약의 발화점(ignition point)은 화약의 종류에 따라 다소 차이가 있지만, 일반적으로 150°C에서 300°C 사이에 있습니다. 화약은 열과 산소의 공급이 적절히 이루어지면 스스로 산화-환원 반응을 통해 빠르게 분해되며, 이 과정에서 많은 열과 가스가 발생해 폭발로 이어집니다. 도화선을 사용하여 화약을 점화하는 경우, 도화선의 불꽃이 이 온도 이상에 도달할 수 있도록 설계됩니다. 화약은 흑색 화약(black powder), 무연 화약(smokeless powder)를 주로 사용합니다. 흑색 화약은 전통적인 화약으로, 주로 질산칼륨(KNO₃), 숯(C)과 황(S)의 혼합물입니다. 흑색 화약의 발화점은 약 300°C 입니다. 이는 비교적 낮은 온도에서도 점화가 가능하다는 것을 의미하며, 도화선의 불꽃은 이 온도에 쉽게 도달할 수 있습니다. 무연 화약은 주로 니트로셀룰로오스(nitrocellulose)를 기반으로 하며, 약 160°C에서 170°C 정도에서 발화합니다. 이 화약은 흑색 화약보다 더 강력하고 연소 시 연기가 거의 발생하지 않습니다. 도화선의 끝에 점화된 불은 약 800°C에서 1000°C에 달할 수 있습니다. 이는 대부분의 화약이 발화하는 온도보다 훨씬 높아, 화약의 점화를 충분히 유도할 수 있습니다. 도화선은 불꽃이 천천히 전파되도록 만들어지며, 이는 사용자가 점화 후 안전 거리를 확보할 수 있도록 시간을 제공합니다.