Doctor of Public Health 전상훈입니다
화학
Q. 끓는 기름에 물을 넣으면 폭발하는 이유가 뭔가요?
안녕하세요. 끓는 기름에 물을 넣을 때 폭발 같은 현상이 발생하는 이유는 기름과 물의 밀도 차이와 물의 급격한 기화 때문입니다. 기름은 물보다 밀도가 낮아서, 물이 기름 속으로 들어가면 바닥으로 가라앉게 됩니다. 그리고 물과 기름이 섞이지 않기 때문에, 물은 기름 속에서 별도의 상태로 존재하게 됩니다. 기름의 끓는점은 물보다 훨씬 높습니다. 예컨데, 대부분의 요리용 기름은 200도 이상에서 끓기 시작하지만, 물의 끓는점은 100도입니다. 따라서 기름이 이미 끓는 상태일 때 (약 200도 이상일 때) 물방울을 넣게 되면, 물방울이 기름 속에서 매우 빠르게 가열됩니다. 물방울이 급격히 가열되면서 물은 증기로 변하게 되는데, 이 과정에서 체적이 급격히 팽창합니다. 물이 증기로 변할 때의 부피 팽창은 약 1,600배에 달하므로, 이 팽창이 기름을 밀어내면서 폭발적으로 기름이 튀어 오르게 됩니다. 이때 기름이 튀면서 화상을 입을 수 있으므로 매우 위험합니다. 이러한 현상은 물이 증기로 변화하는 데 필요한 열이 기름에서 갑자기 방출되면서 주변의 기름도 함께 밀어내는 '증기 폭발'이라고 할 수 있습니다. 따라서 요리 중에는 젖은 식재료를 기름에 넣거나, 물이 닿을 가능성이 있는 상황에서는 특별히 주의해야 합니다. 또한 기름이 매우 뜨거운 상태에서는 물이나 얼음, 또는 다른 차가운 액체를 절대로 넣지 않아야 합니다.
생물·생명
Q. 자녀들에게 어떻게 생물 과목에 관심을 갖게 만들 수 있을까요?
안녕하세요. 자녀들이 생물학에 대한 관심을 갖게 하려면 그들의 호기심을 자극하고, 학습을 즐거운 활동으로 만드는 것이 중요합니다. 생물학은 생명이 어떻게 작동하는지에 대한 이해를 제공하며, 아이들이 자연과 더 깊은 연결을 맺을 수 있게 돕습니다. 자연 속에서 직접 관찰하고 체험하는 활동은 생물학의 원리를 생생하게 배울 수 있는 기회를 제공합니다. 근처 공원이나 숲으로의 소풍을 계획하고, 다양한 식물과 동물을 관찰하며 그들의 생태와 특성에 대해 이야기해보세요. 예를 들어, 새들의 다양한 종류를 관찰하고 왜 그 지역에 서식하는지, 어떤 식물들이 자라는지 등을 탐구할 수 있습니다. 자연 속에서 직접 관찰하고 체험하는 활동은 생물학의 원리를 생생하게 배울 수 있는 기회를 제공합니다. 근처 공원이나 숲으로의 소풍을 계획하고, 다양한 식물과 동물을 관찰하며 그들의 생태와 특성에 대해 이야기해보세요. 예를 들어, 새들의 다양한 종류를 관찰하고 왜 그 지역에 서식하는지, 어떤 식물들이 자라는지 등을 탐구할 수 있습니다. 생물학 관련 도서나 다큐멘터리를 통해 생물학의 흥미로운 측면을 소개할 수 있습니다. BBC의 '플래닛 어스(Planet Earth)' 시리즈와 같은 프로그램은 자연의 아름다움과 생물 다양성을 직접 보여주며, 아이들이 생물학에 대해 더 알고 싶어 하게 만듭니다. 생물학적 문제를 해결하는 활동을 통해 아이들의 비판적 사고와 문제 해결 능력을 개발할 수 있습니다. 예를 들어, 지역 환경 문제에 대해 토론하고, 생물학적 지식을 바탕으로 해결책을 모색해보는 프로젝트를 진행해볼 수 있습니다. 시중에 판매되는 다양한 생물학 관련 교육 키트와 모델을 활용하여, 아이들이 직접 모델을 조립하고 실험해보게 함으로써 생물학의 개념을 더 잘 이해할 수 있도록 돕습니다.
화학
Q. 흑연, 다이아몬드 모두 탄소인데 왜 물질이 다른가요?
안녕하세요. 탄소는 다양한 알로트로피즘(allotropism)을 나타내는 물질로서, 같은 화학적 조성을 가지고 있음에도 불구하고 서로 다른 물리적 형태와 성질을 보입니다. 흑연(graphite)과 다이아몬드(diamond)는 탄소의 대표적인 알로트로프로 그들의 독특한 물리적 특성은 각각의 원자 구조에 기인합니다. 흑연의 경우, 탄소 원자들이 헥사고날(hexagonal) 배열을 이루며 평면적인 층을 형성합니다. 각 탄소 원자는 세 개의 다른 탄소 원자와 sp² 혼성권(hybridization)을 형성하는 강한 공유 결합을 맺고 있으며, 이 층들은 상대적으로 약한 반데르발스 힘(van der Waals forces)으로 서로 결합되어 있습니다. 이 구조는 흑연이 윤활제로서의 역할을 하거나 연필심으로 사용될 때 층이 쉽게 미끄러지도록 합니다. 다이아몬드는 각 탄소 원자가 네 개의 다른 탄소 원자와 sp³ 혼성권을 형성하며, 이들은 강력한 테트라헤드럴(tetrahedral) 구조를 이룹니다. 이 고도로 강력한 결합 구조는 다이아몬드에게 그 특유의 극도의 경도를 부여하며, 뛰어난 광학적 성질을 제공합니다. 이 외에도 탄소는 다른 형태의 알로트로프를 가지고 있습니다. 풀러렌(fullerenes), 탄소 나노튜브(carbon nanotubes), 그리고 그래핀(graphene)은 모두 탄소의 현대적인 알로트로프로서 각각 독특한 구조와 물리적 성질을 가지고 있습니다. 예를 들어, 그래핀은 단일 원자 두께의 탄소층으로 구성되어 있으며, 이는 놀라운 기계적 강도와 전기전도성을 나타냅니다. 이러한 알로트로프들은 과학 및 공학의 여러 분야에서 혁신적인 응용 가능성을 열어주고 있습니다. 탄소 알로트로프의 다양성과 그에 따른 물리적 성질의 차이는 원자 배열과 결합의 특성에 기반하며, 이는 물질의 특성을 결정짓는 근본적인 요소입니다. 이러한 이해는 재료 과학, 나노기술 및 관련 분야에서 중요한 의미를 가지며, 탄소 기반 기술의 발전에 중추적인 역할을 하고 있습니다.
생물·생명
Q. 인간 뇌의 수명은 어떻게 되나요?궁금합니다
안녕하세요. 뇌의 수명은 단순히 인간의 평균 수명과 동일하다고 보기보다는 뇌 세포들의 기능과 재생 능력, 그리고 노화 과정에 더 초점을 맞추어 이해할 필요가 있습니다. 인간 뇌의 세포 대부분은 생후 초기에 형성되며, 대부분의 신경세포(뉴런)는 생애 동안 재생되지 않습니다. 이는 뇌가 다른 신체 기관과 달리 손상된 뉴런을 쉽게 대체하지 못한다는 것을 의미합니다. 그러나 최근의 연구에 따르면, 특정 뇌 영역에서는 새로운 뉴런이 성인기까지도 생성될 수 있는 것으로 밝혀졌습니다(신경생성, neurogenesis). 예를 들어, 해마(hippocampus)라는 뇌 부위에서는 새로운 기억의 형성과 관련된 새로운 신경세포가 계속해서 생성되는 것이 관찰되었습니다. 뇌의 수명은 또한 여러 외부적, 내부적 요인에 의해 영향을 받습니다. 이는 영양, 생활 방식, 질병, 스트레스 수준 등 다양한 환경적 요인과 밀접하게 연관되어 있습니다. 예를 들어, 규칙적인 운동, 건강한 식습관, 정신적 활동은 뇌의 기능을 유지하고 노화 과정을 늦출 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 뇌의 노화 과정에 관한 연구는 주로 알츠하이머병 같은 신경퇴행성 질환과 관련하여 진행되며, 이러한 질환들은 뇌 세포의 손상과 사멸을 가속화시킬 수 있습니다. 따라서, 뇌의 '수명'을 정의하는 것은 뇌의 건강한 기능이 유지되는 기간을 의미할 수도 있으며, 이는 개인의 건강 상태, 유전적 요인, 생활습관에 따라 크게 다를 수 있습니다. 요약하자면, 뇌의 수명은 단순히 숫자로 정의할 수 있는 것이 아니며, 뇌의 기능을 유지하고 노화를 지연시키는 데 영향을 미치는 다양한 요소들에 의해 영향을 받습니다. 뇌의 건강을 유지하기 위한 최선의 방법은 건강한 생활 습관을 유지하고, 정신적, 사회적 활동을 활발히 하는 것입니다.
화학
Q. 약국에서 염산 파는 지 어떻게 확인하죠?
안녕하세요. 염산(Hydrochloric acid ; HCl)의 구매를 고려 중이시라면, 질문자님의 이야기처럼 국내에서는 특정된 약국에서만 제한적으로 판매가 되고 있는 부분을 고려해야 합니다. 염산의 고도로 부식성 있는 성질(corrosive properties)과 위험성 때문에, 취급과 판매에 특별한 주의가 요구되고 있습니다. 지역 내의 약국에 직접 전화를 걸어 해당 제품의 유무를 확인하는 것이 시간적 측면에서 효율적입니다. 불필요한 방문을 줄이는 방법으론 아무래도 특정 약국의 재고 상황을 전화로 묻고 방문하시는 것을 추천드립니다.