안녕하세요. 김병철 전문가입니다.
화학
Q. 알칼리금속으로 불리는 원소들에는 무엇있으며 그 특징은 어떤 게 있나요?
안녕하세요. 김병철 전문가입니다.알칼리금속은 주기율표에서 가장 왼쪽 줄, 수소와 같은 줄에 자리잡고있으며 리튬, 나트륨, 칼륨 등이 잘 알려져있는 알칼리금속입니다.특징으로는 금속이라고 하기엔 부드럽다는 점(커터 칼로 자를 수 있습니다) 녹는 점도 금속 치고는 낮으며, 물과 반응하면 빛과 열을 발생(=폭발)하는 성질이 있습니다.영화나 만화에서 가끔 나트륨이나 다른 알칼리 금속을 물에 넣어서 폭탄처럼 사용하는 장면이 있는데, 그것도 알칼리 금속의 특징입니다.
화학
Q. D2O는 어떤 물질인지 궁금합니다.
안녕하세요. 김병철 전문가입니다.D2O는 중수(重水)를 뜻합니다. H2O는 일반적으로 물을 뜻하는데, 산소원자 한개와 수소원자 두개가 결합했음을 나타냅니다. 좀 더 구체적으로 말하면 일반적인 산소원자 한개와, 일반적인 수소원자 두개가 결합한 경우입니다.D2O의 경우는 일반적인 산소원자 한개와, 중수소 두개가 결합한 경우입니다. 중수소가 일반 수소보다 무겁기때문에, 중수도 일반적인 물보다 무겁습니다.
화학
Q. 양성자 하나에 전자가 있어야 수소가 되는건가요??
양성자가 하나이면 수소가 맞습니다.다만, 성질은 달라집니다.먼저, '수소'라고 하는 단어가 어떤 뜻인가 부터 정확하게 정해야 합니다. 수소 분자, 수소 원자, 수소 이온우리가 수소라고 말한다면, 보통은 대부분의 수소가 실제로 존재하고 있는 상태인, 수소 분자를 말하지요.반면에 수소는 양성자 하나와 전자 하나로 이루어져 있다고 말하는 건, 수소 원자를 말하는 거고요.그리고 수소에서 전자를 하나 떼어내면 일반적으로 말하는 수소 이온이 됩니다. 보통 H+ 라고 표시를 하지요.(수소 이온은 양성자 하나만 남으니까, 그냥 양성자라고 할 수도 있습니다만 수소로부터 만들 수 있는 이온이므로 수소 이온이라고 부릅니다.) 다만 보다 정확히 말하면 '수소 양이온'입니다.그리고 수소에 전자를 하나 추가해서, 양성자 하나에 전자가 두개 있는 경우는 수소 음이온 이라고 부릅니다.결론을 내리면수소는 양성자하나랑 전자 하나 이렇게 있는거 맞지요?? -> 맞습니다. 수소 원자입니다.그리고 수소 원자가 2개 모이면 수소 분자가 됩니다. 보통 우리가 '수소'라고 말하면 수소 분자이지요.그렇다면 거기서 전자를 하나 떼어내면 수소가 아닌건가요?? -> 수소 양이온이 됩니다.양성자 하나에 전자가 두개 있어도 수소가 아닌건가요?? -> 수소 음이온이 됩니다.모두 수소라고 하는 개념에 포함되긴 합니다. 그렇지만 수소 원자, 수소 양이온, 수소 음이온, 수소 분자 모두 성질은 전혀 다릅니다.
화학
Q. 고무풍선에 공기룰 불어넣었을때 변화
보일은 법칙은 부피와 압력의 관계입니다.따라서 그 이외의 요소, 즉 기체 분자의 개수나 기체의 온도는 변하지 않는 상태에서 보일의 법칙에 따라 부피나 압력을 계산할 수 있습니다. 고무풍선에 공기를 불어넣지 않고, 온도도 변하지 않은 상태에서 압력이 커졌다면 그건 풍선을 압축해서 부피가 줄어들었다는 뜻이겠지만, 이야기해주신 경우 공기를 불어넣어서 기체 분자의 개수가 많아졌으므로, 보일의 법칙을 적용해서 계산할 수 있는 상황은 아닙니다.
화학
Q. 양성자수가 다르지만 중성자수가 같은 경우도 있나요?
결론부터 말씀드리면, 있습니다.사실 물질의 원소 종류를 결정하는건 양성자와 전자라고 할 수 있습니다.원자번호 1번 원소인 수소의 경우로 설명드리겠습니다. 일반적인 수소는 양성자 하나와 전자 하나로 구성되어있는데, 동위원소로 중수소, 삼중수소가 있습니다.중수소는 보통 수소 원자에 중성자가 하나 있고, 삼중수소는 중성자가 두개 있습니다.그런데 원자번호 2번인 헬륨의 경우 중성자가 2개입니다.동위원소 중에 양성자 수가 다른 경우는 없습니다. 양성자 수가 바뀌면 전혀 다른 물질이 되어버립니다. 다만, 서로 다른 원소의 동위원소를 고려해서 비교할경우, 중성자 수가 같은 경우는 있습니다.
화학
Q. 무지개에 왜 흰색과 검은색은 없나요??
흰색, 검은색은 사실 색깔이 아닙니다.유채색, 무채색이라고 들어보신적이 있을까요?흰색, 검은색은 무채색에 속하는데 엄밀히 말하면 '색'이라는 단어의 정의에 포함되지 않습니다.물체의 색이라는 건 빛이 물체의 표면에서 대부분은 흡수되고 어떤 파장의 빛만 반사되어서 우리 눈에 들어오는 경우, 그 빛을 색으로 인식합니다.그런데 흰색의 경우 모든 파장의 빛을 반사하고, 검은색은 모든 파장의 빛을 흡수합니다.무지개의 경우, 빨주노초파남보 모든 색을 합하면 그게 흰색이 됩니다. 원래 모든 색이 합쳐져서 하얀 상태의 빛을 색깔별로 분리한게 무지개입니다. 반대로 검은색은 빛을 흡수해서, 빟이 없는 상태입니다. 그래서 무지개에는 흰색, 검은색이 없습니다.
토목공학
Q. 하늘에서 내리는 눈의 무게는 어느 정도나 되나요?
안녕하세요. 김병철 과학전문가입니다.눈은 기본적으로 작은 얼음이라고 보시면 됩니다. 즉, 성분은 물이지요. 물의 경우 1 리터(10 cm × 10 cm × 10 cm)의 무게가 1 kg이고 1 ㎥의 무게는 1t(1000 kg)입니다. 다만 눈 덩어리는 공기를 포함하고 있어서 물보다는 가볍게 됩니다.일반적으로는 같은 부피의 30% 정도라고 보시면 됩니다. 폭설이 내려서 눈이 많이 쌓일 경우 1 m × 1 m × 1 m 에 해당하는 눈의 무게는 약 300 kg 이 될겁니다.
지구과학·천문우주
Q. 중력이 없으면 소리가 안나는 건가요??
안녕하세요. 김병철 과학전문가입니다.중력과 소리의 전달은 상관이 없습니다.소리가 전달되지 않는 상태는 공기가 없는 진공상태입니다. 소리는 공기를 통해 전달되니까요.다만, 지구 상에 있는 공기는 지구의 중력으로 인해 지구에게 잡혀서 지구와 우리들 인간들을 둘러싸고 있으니까, 지구의 중력이 사라진다면 지구 상의 공기도 전부 흩어져 버릴테고, 그러면 소리를 들을 수가 없게 되긴 할 겁니다.우주선 안의 경우, 공기가 흩어지지 않도록 밀폐된 상태이기 때문에 공기가 있으므로 라디오 같은 걸 틀면 들을 수 있습니다. 다만 라디오 소리가 아무리 커도, 우주선 밖의 우주에 떠 있는 사람에게는 들리지 않습니다.다만 공기가 없더라도 소리를 전달할 수 있는 상황이라면 이야기를 나눌 수 있습니다. 만화나 영화를 보면 우주공간에서 우주복을 입은 사람들이 가까이 다가가서 서로 헬멧을 닿게한다음에 이야기를 나누는 장면을 가끔 볼 수 있는데, 이 경우 공기가 없는 상태에서도 서로 이야기 소리를 들을 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 우주에서는왜 볼펜과연필을 사용 못하나요?
안녕하세요. 김병철 과학전문가입니다.볼펜은 안에 들어있는 볼펜심에 잉크를 채웁니다. 볼펜을 사용할 수록 잉크가 줄어들면 잉크가 내려오면서 계속 사용할 수 있는데, 무중력 상태에서는 잉크가 내려오지를 않기때문에 볼펜으로 글자를 쓸 수가 없습니다. 그에 비하면 연필의 경우는 무중력 상태에서도 필기가 가능합니다. 다만, 연필심의 성분인 흑연은 잉크와 달리 고체이고, 무중력 상태에서 연필을 사용하다가 부러질 경우 연필심의 흑연이 가루가 되어 공기중을 떠돌아 다니게 됩니다. 또한 연필을 깎을때도 나무 조각들이 발생합니다. 우주선 내부에서 이런 가루들이 공기중을 떠다니면 사고를 유발할 수도 있습니다.우주에서는 볼펜은 글자가 쓰여지지 않기 때문에 볼펜을 쓰는 건 필기 자체가 안되고, 연필을 쓰면 필기는 되지만 사고가 일어날 수 있기때문에 연필을 쓰는 건 규칙상 안됩니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구의 표면에서 어느 정도 떨어져야 무중력 공간일까요?
안녕하세요. 김병철 과학전문가입니다.먼저 말씀드리고 싶은 것은, 지구 표면에서 아무리 멀리 떨어져도 중력이 사라지지는 않습니다. 지구와 물체 사이의 거리가 멀 수록 두 물체 사이의 중력은 약해지지만, 0이 되지는 않습니다. A라는 물체와 B라는 물체가 10 만큼 떨어져 있고, A와 B의 사이에 작용하는 중력을 10이라고 하겠습니다. 거리가 20으로 2배가 될 경우, 중력은 4분의 1인 2.5가 됩니다. 거리가 계속 멀어지면 중력은 계속 작아져서 소수점 이하가 되지만, 0은 되지 않습니다.따라서 지구에서 멀리 떨어져서 지구의 중력이 없어지는 무중력 구간이란 건 사실 존재하지 않습니다.그러면, 우주 비행사나 인공위성이 떨어지지 않고 계속 우주공간에 떠 있는 건 어떻게 가능한건가 설명드리겠습니다.달은 지구의 중력에 잡힌 상태로 지구를 돌고 있습니다. 즉, 달까지 가더라도 지구의 중력이 없어지지는 않지요. 그렇지만 우주비행사나 인공위성은 떠 있는 곳은 달보다는 훨씬 가깝지요.처음 들을 때는 다소 이해하기 어렵지만, 우주비행사나 인공위성은 계속 떨어지고 있는 상태입니다.잠깐 이야기가 바뀔 수도 있습니다만, 엘리베이터를 생각해주십시오. 높은 곳에서 짐을 들고 있는 상태로 엘리베이터를 타고 내려갈 때, 내려가기 시작할 때 순간적으로 짐이 가벼워질겁니다. 반대로 1층에 도착해서 엘리베이터가 멈출때는 순간적으로 짐이 무거워질겁니다. 놀이동산의 드롭타워나 바이킹을 탈때도 떨어지는 순간, 온 몸이 가벼워질겁니다. 무중력 상태라는 건 사실, 중력으로 인해 떨어지고 있는 상태입니다.우주 비행사나 인공위성은 계속 우주공간에 떠 있으면서 그 자리에 그대로 멈춰있는걸로 보입니다만, 사실은 지구를 돌고있습니다. 공을 던지거나 대포를 쏠 경우 언젠가는 떨어지지만, 던지는 힘이 강할 수록 멀리 갑니다. 그런데 엄청나게 강한 힘으로 대포를 쏴서 그냥 직선으로 계속 나간다면 지구는 둥글기때문에 그냥 우주로 날아가버릴수도 있습니다. 그보다는 조금 약한, 적당한 힘으로 대포를 쏜다면 포탄이 우주로 날아가지 않고 떨어지지만, 땅바닥에 떨어지지는 않고 지구를 계속해서 돌 수도 있습니다. 실제로는 공기 저항으로 인해 속도가 떨어지기 때문에 포탄은 언젠가 땅에 떨어지지만, 인공위성과 우주 비행사는 공기가 없는 곳에 있기때문에 공기 저항을 받지 않고, 속도를 떨어뜨리지 않은 채로 지구를 돌고 있는 상태(= 계속 떨어지는 상태)로 있습니다.