Doctor of Public Health 전상훈입니다
화학
Q. 커피가 실제로 수면에 방해가 되는지 화학을 통해 알고 싶어요?
안녕하세요. 카페인이 수면에 미치는 영향은 그 화학적 특성과 신체 내에서의 작용 메커니즘을 통해 설명될 수 있습니다. 카페인(C₈H₁₀N₄O₂)은 자연적으로 커피뿐만 아니라 차, 초콜릿, 일부 에너지 음료에도 함유되어 있는 자극제 입니다. 카페인은 주로 아데노신 수용체를 차단하는 역할을 합니다. 아데노신(adensosine)은 신경계에서 자연스럽게 생성되는 화학물질로, 우리가 피곤함을 느끼게 하는 주요 요인 중 하나입니다. 아데노신은 특정 수용체에 결합함으로써 신경 활동을 둔화시키고, 수면을 유도하는 효과를 가집니다. 카페인이 이 수용체에 결합하면 아데노신의 작용을 방해하여 피로감을 감소시키고, 각성 상태를 유지하게 합니다. 아데노신 수용체의 차단 외에도, 카페인은 도파민(dopamine)과 같은 신경전달물질의 활동을 증가시킵니다. 도파민은 기분과 집중력을 향상시키는 역할을 하며, 이는 수면을 어렵게 만드는 요인이 될 수 있습니다. 카페인의 영향은 개인의 생리적 특성에 따라 크게 다를 수 있습니다. 일부 사람들은 카페인을 섭취해도 수면에 크게 영향을 받지 않는 반면, 다른 일부는 매우 민감하게 반응할 수 있습니다. 이는 카페인을 대사하는 능력과 관련이 있으며, 유전적 요인이 이에 큰 영향을 미칩니다. 따라서, 카페인이 수면에 방해가 되는지 여부는 과학적으로 설명될 수 있으며, 그 작용은 화학적 경로와 생체 내 메커니즘을 통해 잘 이해됩니다. 하지만 개인의 반응은 다양할 수 있으므로, 카페인의 영향을 개인적으로 경험하고 평가하는 것이 중요합니다.
물리
Q. 고양이가 호랑이 크기로 커진다면 더 빨라지나
안녕하세요. 고양이가 호랑이의 크기로 성장한다면 그 속도는 단순히 현재의 고양이 속도에서 증가하지 않을 수 있습니다. 생물학적 및 생리학적 차이가 이러한 결과에 중요한 역할을 합니다. 크기의 증가는 필연적으로 질량의 증가를 수반하며, 이는 움직임에 필요한 에너지량을 증가시킵니다. 큰 동물은 일반적으로 더 무거운 근육과 뼈를 가지고 있어, 이로 인해 상대적으로 빠른 속도를 내기 위해서는 더 많은 힘이 필요합니다. 이는 결국 속도 증가에 한계를 두게 됩니다. 또, 고양이의 운동 능력과 호랑이의 그것은 각각의 종에 특화되어 있습니다. 고양이는 민첩성과 빠른 반응 속도를 바탕으로 빠르게 움직이도록 진화했으나, 호랑이는 더 큰 체구와 힘을 활용하여 사냥을 하는 것에 적합하도록 발달했습니다. 고양이의 몸이 호랑이만큼 커진다고 해도, 그 구조가 호랑이처럼 변경되지 않는 한, 실제 호랑이처럼 빠르게 움직일 수 있도록 완전히 적응되기는 어렵습니다. 생물학적 규모 확장의 한계(Square-Cube Law)도 고려해야 합니다. 이 법칙에 따르면, 동물의 크기가 커질수록 그 체적과 질량은 표면적보다 빠르게 증가합니다. 이로 인해 대형 동물은 소형 동물보다 상대적으로 느리거나 덜 민첩할 수 있습니다. 이러한 복합적인 요소들을 고려할 때, 고양이가 호랑이 크기로 성장하더라도 기대하는 것처럼 속도가 상당히 증가하지는 않을 가능성이 높습니다. 오히려, 크기가 증가함에 따라 다른 생리학적 제한 요소들이 속도와 민첩성에 영향을 미칠 수 있습니다.
화학
Q. 에어컨 냉매가스가 누출되면 어떤 문제가 발생할 수 있나요?
안녕하세요. 에어컨 시스템에서 냉매가스의 누출은 다양한 문제를 야기할 수 있습니다. 먼저, 냉매가스가 부족하면 시스템의 냉방 효율이 저하되어, 에어컨이 원하는 온도에 도달하기 위해 과도하게 작동하게 됩니다. 이는 에너지 소비 증가로 이어지며, 전기 요금의 상승을 초래할 수 있습니다. 또, 냉매가스가 제대로 순환하지 못할 경우 압축기에 과부하가 걸리거나 손상을 입을 수 있습니다. 압축기(compressor)는 에어컨 시스템의 핵심 부품으로, 이의 고장은 전체 시스템의 수리비용을 상당히 증가시킬 수 있습니다. 냉매 누출은 환경에 대한 부정적 영향을 미칠 수 있습니다. 대부분의 냉매는 온실 가스로 분류되며, 대기 중으로 누출될 경우 지구 온난화를 가속화하는 요인이 됩니다. 이러한 환경적 영향은 장기적으로 지속되어 기후 변화 문제를 악화시킬 수 있습니다. 마지막으로, 일부 냉매는 독성이 있거나 피부와 접촉 시 화학적 화상을 유발할 수 있어, 인체 건강에도 위험을 줄 수 있습니다. 따라서 냉매 누출은 단순한 냉방 효율 저하를 넘어서는 심각한 문제들을 내포하고 있습니다.
화학
Q. 맥주로 머리를 감으면 진짜 탈색이 되나요?
안녕하세요. 맥주로 머리를 감는 것이 탈색 효과를 유발한다는 주장에 대해 과학적 근거는 부족합니다. 맥주에 포함된 성분들은 주로 호프, 맥아, 효모, 물로 구성되어 있으며, 이들 성분은 비타민 B와 단백질을 포함하고 있어 머리카락에 일시적인 윤기나 부드러움을 제공할 수 있습니다. 그러나 이러한 성분들은 멜라닌 색소를 분해하거나 제거하는 화학적 성질을 지니고 있지 않습니다. 탈색 과정은 일반적으로 과산화수소(H₂O₂)나 암모니아(NH₃) 같은 강력한 화학 물질을 사용하여 머리카락 내의 멜라닌 색소를 산화시키는 것을 포함합니다. 이 과정은 매우 특정한 화학 반응을 필요로 하며, 맥주에 들어있는 자연적 성분만으로는 이를 달성하기 어렵습니다. 따라서, 맥주가 머리카락을 탈색한다는 주장은 실제적인 화학적 반응을 통한 색소 변화보다는 머리카락에 대한 일시적인 효과에 불과할 가능성이 높습니다.
화학
Q. 소금 vs 소금물 어떤게 강전해질 인가요?
안녕하세요. 질문의 핵심은 소금(NaCl)과 소금물(NaCl 수용액) 중 어떤 것이 강전해질인지에 대한 해석입니다. 강전해질이라는 용어는 물질이 무에 녹았을때 얼마나 잘 이온화되는지, 즉 얼마나 많은 양의 이온을 형성하여 전류를 잘 흐르게 할 수 있는지를 기준으로 정의됩니다. 여기서 중요한 점은 강전해질이란 물에 녹을때 이온화가 매우 잘 되어 많은 이온을 생성함으로써 전류를 잘 흐르게 한다는 것을 의미하지, 순수한 상태에서 전류를 잘 흘린다는 뜻이 아닙니다. 소금 자체는 고체 상태에서 이온들이 결정 구조 속에 단단히 결합되어 있기 때문에 전류를 흐르게 할 수 없습니다. 하지만 소금이 물에 녹으면 Na⁺와 Cl⁻ 이온으로 완전히 분리(이온화)됩니다. 이렇게 이온들이 형성되면 물 속에서 자유롭게 움직이며 전류를 흐르게 할 수 있게 됩니다. 그래서 '소금물'이 전류를 잘 흐르게 하는 것은 소금이 물에 녹아 강하게 이온화된 상태 때문입니다. 따라서 '강전해질'이라는 용어는 소금 자체보다는 소금이 물에 녹아 이온을 형성할 때의 성을 설명하는 것입니다. 고체 소금 자체가 전류를 흐르게 하지 않기 때문에, 소금물 상태에서 강전해질로서의 역할이 드러나는 것이죠. 생명화학 초보 너구리님 말처럼, 고체 소금이 아닌 수용액 상태에서 전류가 흐르는 것은 맞습니다. 이를 통해 소금 자체는 강전해질이지만, 전류가 잘 흐르기 위해서는 물과 같은 용매에 녹아 이온화가 필요하다는 것을 이해하시면 될 것 같습니다.