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자외선 차단제가 피부를 보호하는 원리는 어떤 화학적 작용에 기반하나요?
안녕하세요.질문해주신 자외선차단제가 피부를 보호하는 원리는 단순히 햇빛을 가리는 물리적 작용뿐 아니라, 화학적 에너지 변환 반응 때문인데요 즉, 자외선차단제 속의 활성 성분이 자외선의 에너지를 흡수·반사·산란시켜, 피부 속 DNA나 단백질이 손상되지 않도록 하는 것입니다.태양광에는 여러 파장의 빛이 포함되어 있으며, 이 중 자외선(UV)은 파장에 따라 세 가지로 구분됩니다. UV-A (320–400 nm)는 가장 길고 피부 깊숙이 침투하여 광노화를 유발하고 UV-B (280–320 nm)는 표피층에 작용하여 일광화상·DNA 손상을 유발하며 UV-C (100–280 nm) 대기권에서 거의 흡수되어 지표면에 도달하지 않는데요, 따라서 자외선차단제는 주로 UV-A와 UV-B를 차단하도록 설계되어 있습니다.자외선차단제의 화학적 원리는 TiO₂나 ZnO는 광학적 밴드갭이 자외선 영역대의 광자 에너지와 비슷합니다. 따라서 자외선이 입사되면, 전자가 들뜨며 그 에너지가 흡수했다가 다시 열로 방출되며 결과적으로 자외선의 에너지가 피부로 전달되지 않고 소멸하게 됩니다.즉, 자외선차단제 속 분자가 자외선 에너지를 흡수했다가 무해한 열로 바꾸어 버리는 흡광반응을 통해 피부를 보호합니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.26
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플라스틱이 햇빛에 노출되면 색이 바래고 약해지는 이유는 어떤 화학 변화 때문인가요?
안녕하세요.플라스틱이 햇빛에 오래 노출되면 색이 바래고, 잘 부서질 정도로 약해지는 현상은 주로 자외선(UV)에 의한 광화학적 분해 때문입니다. 햇빛에는 자외선(UV-A, UV-B, UV-C)이 포함되어 있으며, 이 자외선은 에너지가 매우 높은데요, 이 에너지는 플라스틱의 탄소-탄소 결합(C–C)이나 탄소-수소 결합(C–H)보다 크기 때문에, 자외선이 닿으면 고분자 사슬의 결합이 끊어지게 됩니다. 이 현상을 광분해라고 하는데, 자외선의 광자가 고분자 내의 전자를 들뜨게 만들어 결합을 끊는 것입니다.이때 자외선은 플라스틱의 결합을 끊어 자유 라디칼(•)을 생성하는데요, 생성된 라디칼이 공기 중의 산소(O₂)와 결합하여 과산화 라디칼(ROO•)을 만들고, 이는 다시 다른 고분자 사슬을 공격하여 연쇄적으로 결합을 끊습니다. 이 과정에서 알데하이드(-CHO), 카복실산(-COOH), 케톤(=O) 등의 산화 생성물이 생깁니다. 연쇄 반응이 계속되면 고분자 사슬이 짧아지고, 재료의 분자량이 감소하며 그 결과 유연성이 줄고, 쉽게 깨지거나 부서지는 물리적 특성의 저하가 나타납니다.이때 산화 과정에서 공액 이중결합(–C=C–C=O–) 구조가 형성되면, 빛을 흡수하는 파장이 변해 황색 또는 갈색 빛깔로 변합니다. 처음의 투명하고 깨끗한 색이 점점 노랗게 변하거나 탁해지는 현상이 바로 이 때문이라고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.26
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방향제 속 성분이 공기 중으로 쉽게 퍼지는 이유는 어떤 분자 특성 때문인가요?
안녕하세요.질문해주신 것처럼 방향제 속의 향기 성분이 공기 중으로 쉽게 퍼지는 이유는 그 분자들이 가지는 물리적 특성, 특히 분자량이 작고, 휘발성이 높으며, 비극성인 성질 때문입니다.일반적으로 방향제의 향기 성분으로 사용되는 물질들은 에스터, 알데하이드, 케톤, 알코올, 테르펜류 등으로 구성되어 있습니다. 이 분자들은 분자량이 작고 분자 간 인력이 약합니다. 분자 사이의 인력이 약하면 액체 상태에서 기체 상태로 전환되기 쉽고 상온에서도 증발이 잘 일어나 공기 중으로 쉽게 퍼집니다. 또한 휘발성이 높은데요, 휘발성이란 물질이 기체 상태로 변하기 쉬운 성질을 말하며 휘발성이 높은 물질은 낮은 온도에서도 기화하여 향을 퍼뜨릴 수 있습니다.게다가 공기 중에서 안정적으로 존재하기 위해서는 수분과 잘 섞이지 않고, 비교적 비극성인 성질을 띠는 것이 유리합니다. 이런 특성 덕분에 향 분자들은 공기 중을 자유롭게 확산하며, 사람의 후각 수용체와 쉽게 결합해 향을 느끼게 하는 것입니다.두 번째 질문인 방향제와 방향족의 관련성에 대해서 말씀드리면, 이 둘은 이름이 비슷하지만 직접적인 의미의 연관성은 없는데요 방향제는 향기를 내는 물질이라는 뜻으로, 좋은 냄새를 내기 위한 제품을 의미합니다. 반면에 방향족 화합물은 화학적으로 벤젠 고리 구조를 가진 유기 화합물을 말합니다. 초기의 화학자들이 벤젠 고리를 가진 화합물들이 대체로 좋은 향을 낸다는 사실에서 ‘aromatic(방향족)’이라는 이름을 붙였지만, 이후에는 향기와 관계없이 벤젠 고리 구조를 기준으로 ‘방향족 화합물’이라 부르게 되었습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.26
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수소정수기 알카리수정수기는 수분보충에 충분한가요?
안녕하세요.요즘 시중에 수소정수기나 알칼리수정수기처럼 물의 성질을 바꾸어 건강에 이롭다고 홍보하는 제품이 많지만, 과학적으로 검토하면 일반 정수된 물과 비교했을 때 수분 보충 효과에서 특별한 우위는 없습니다.수소정수기는 전기분해를 통해 물 속에 수소 기체(H₂)를 녹인 형태의 물을 말하는데요 즉, 수소수는 수소 분자가 용해된 물일 뿐이며, 수소는 체내에서 비교적 빨리 날아갑니다. 일부 실험에서는 수소가 항산화 효과를 가질 수 있다는 결과가 있으나, 사람을 대상으로 한 대규모 임상시험에서는 뚜렷한 건강상 이점이나 수분 흡수 향상 효과가 입증되지 않았습니다. 즉, 수분 보충 능력 자체는 일반 물과 동일하며 수소가 녹아 있다고 해서 체내 흡수가 더 잘 되거나 수분 유지력이 높아지는 것은 아닙니다.다음으로 알칼리수정수기는 전기분해를 통해 pH가 8정도의 약알칼리성이지만 위의 강산성으로, 섭취 후 대부분 곧바로 중화되어 버립니다. 따라서 몸의 산성도를 바꾸거나, 특별히 더 건강한 수분 보충을 돕는 효과는 없습니다. 오히려 너무 높은 pH(9.5 이상)의 물을 지속적으로 마시면, 위산 중화로 인해 소화 효소 활성 저하나 속쓰림 완화 효과의 감소 등이 나타날 수 있습니다. 결론적으로, 알칼리수도 단순한 물과 수분 보충 효과는 동일합니다. 또한 일반적으로 물만 마셨다면 양치를 할 필요는 없는데요 물에는 충치의 원인이 되는 당분, 산, 착색 물질 등이 없기 때문입니다. 다만 알칼리수의 경우 pH가 높다고 해서 입안의 세균이나 음식 찌꺼기를 제거하지는 않으므로, 식사 후에는 평소처럼 양치를 하는 것이 좋습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.25
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구리와 아연의 이온화 반응에 대해 질문드려요
안녕하세요.질문주신 구리(Cu)와 아연(Zn)의 이온화 반응은 겉보기에는 비슷해 보이지만, 전자 배치와 이온화 경로를 자세히 보면 서로 근본적으로 다릅니다. 아연(Zn)은 원자번호 30번으로 전자 배치는 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s²이며 이온화될 때, 4s 오비탈의 전자 2개를 잃습니다. 이유는 아연의 경우 3d 오비탈이 완전히 채워져 있어서 매우 안정하므로 따라서 이온화 시 가장 바깥층(4s)의 전자만 제거되고, 3d¹⁰ 배치는 그대로 유지되는 것입니다.다음으로 구리(Cu)는 원자번호 29번으로 전자 배치는 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹이고 이때 구리의 경우에는 중성 원자 상태에서 이미 전자가 조금 다르게 배치되어 있습니다. 보통 4s² 3d⁹로 예상되지만, 3d 오비탈을 꽉 채우기 위해 4s 전자 하나가 3d로 이동해있으며, 이온화될 경우에 [Ar]3d⁹ 배치가 됩니다.이때 아연은 항상 2개의 전자를 잃어 Zn²⁺로 존재하지만, 구리는 1개 또는 2개의 전자를 잃을 수 있으며, Cu⁺와 Cu²⁺가 모두 안정하게 존재합니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.25
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달걀 흰자가 익으면서 흰색으로 변하는 이유는 단백질의 어떤 화학적 변화 때문인가요?
안녕하세요.날달걀의 흰자가 익으면서 투명한 액체에서 불투명한 흰색 고체로 변하는 이유는, 단백질이 열에 의해 변성되고 응고되기 때문입니다.달걀 흰자의 주성분은 약 90%가 물, 10%가 단백질이며, 특히 오발부민, 콘알부민, 리소자임, 오보뮤신 등의 단백질이 주요 구성 성분입니다.이 단백질들은 본래 고유의 3차 구조를 가지고 있는데, 이 구조는 단백질 내의 수소결합, 이황화결합(-S–S-), 그리고 정전기적 인력 등에 의해 안정화되어 있습니다.그러나 달걀을 가열하면 온도의 상승으로 인해 이 결합들이 끊어지고, 단백질의 입체 구조가 풀리게 되는데요, 변성된 단백질은 다시 서로 다른 분자들과 새로운 결합인 주로 수소결합, 이황화결합, 소수성 상호작용 등을 형성하면서 그물망 같은 구조로 응고됩니다.이 그물망 구조는 내부에 물분자를 포획하여 고체처럼 보이게 하며, 빛이 그 구조에서 산란되기 때문에 더 이상 투명하게 통과하지 못하고 흰색으로 보이게 되는 것입니다. 즉, 달걀 흰자가 익을 때의 흰색 변화는 단백질이 열에 의해 구조가 풀리고, 다시 새로운 결합으로 재배열되어 생기는 단백질의 변성 및 응고 반응의 결과라고 보시면 됩니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.25
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남자들이 섬세해 지는건 호르몬의 변화인건가요?
안녕하세요.네 말씀하신 것처럼 남성들이 40대 중반 이후 섬세해지고, 감정적 변화나 가사에 대한 관심이 커지는 현상은 단순한 성격 변화가 아니라, 호르몬의 생리적 변화와 관련된 현상으로 볼 수 있습니다.남성의 주요 성호르몬은 테스토스테론인데요,테스토스테론은 청년기 이후 점차 감소하며, 대략 30세 이후 매년 약 1%씩 감소합니다. 40대 중반 이후에는 이 변화가 뚜렷해지면서, 남성 갱년기로 이어질 수 있습니다. 테스토스테론이 줄어드는 동안 상대적으로 에스트로겐, 특히 에스트라디올(E2)의 비율이 조금씩 높아지는데 남성도 미량의 에스트로겐을 가지며, 지방 조직에서 아로마타아제 효소에 의해 테스토스테론이 에스트로겐으로 전환됩니다.이러한 호르몬 변화는 뇌의 신경전달물질 조절에도 영향을 주어 감정 표현, 공감 능력, 성격 변화 등을 유도할 수 있습니다. 우선 테스토스테론은 공격성, 경쟁심, 추진력, 충동성 등과 관련된 호르몬입니다. 수치가 낮아지면 이러한 성향이 줄어들고, 대신 신중함, 감정 인식, 공감이 증가할 수 있고 또한 뇌의 편도체와 전전두엽 간의 조절이 변화하면서, 감정 반응이 보다 완화되고 섬세해지는 경향을 보이기도 합니다.게다가 지방 조직에서 생성되는 에스트로겐은 감정 안정, 친밀감, 돌봄 행동과 관련이 있습니다. 남성에서 에스트로겐 비율이 상대적으로 높아지면, 공감적이고 세심한 행동 패턴이 강화될 수 있습니다. 이는 신경전달물질 세로토닌과 옥시토신의 활성 조절에도 간접적으로 작용하여,타인과의 정서적 교류를 중시하는 성향을 강화하게 됩니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.25
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고기를 구울 때 마이야르 반응이 일어나며 색과 향이 변하는 화학적 과정은 어떻게 되나요?
안녕하세요.말씀하신 마이야르 반응은 단백질 속의 아미노산과 탄수화물 속의 환원당이 열에 의해 반응하면서 일어나는 비효소적 갈변 반응입니다.고기에는 아미노산(특히 리신, 글라이신, 알라닌 등)과 포도당, 리보스같은 환원당이 함께 존재하는데요 이 두 물질이 약 140~160°C 이상의 온도에서 만나면, 복잡한 일련의 화학 반응을 거쳐 갈색색소와 향미 성분이 만들어집니다.이때 마이야르 반응은 여러 단계의 연속적인 변화를 통해 진행됩니다. 초기 단계는 축합 반응인데요, 환원당의 카보닐기(-C=O)와 아미노산의 아미노기(-NH₂)가 반응하여 글라이코실 아마을 형성합니다. 이후 생성된 글리코실아민은 불안정하여 아마도리 화합물로 전환되며 이 화합물은 마이야르 반응의 핵심 중간체로, 이후 다양한 방향족 화합물의 전구체가 됩니다.마지막으로 아마도리 화합물은 열에 의해 분해되면서 유기산, 알데하이드, 케톤 등 여러 물질을 만듭니다. 이 과정에서 디카보닐 화합물이 생성되어 다시 다른 아미노산과 반응하면서 스트레커 분해를 일으킵니다. 이 반응을 통해 피라진, 피롤, 퓨란 같은 향기 화합물이 생성되고 이 화합물들이 바로 고기를 구울 때 나는 구수하고 고소한 향의 주성분입니다. 마지막으로, 여러 중간 산물들이 중합되어 고분자 갈색 물질인 멜라노이딘이 형성됩니다. 이 물질이 고기의 표면을 갈색 또는 짙은 황갈색으로 변화시키는 주된 원인입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.25
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튀김 요리를 여러 번 하면 식용유가 산패되는 화학적 이유는 무엇인가요?
안녕하세요.튀김 요리를 여러 번 하면 식용유의 색이 짙어지고 냄새가 변하며 맛이 나빠지는 이유는 기름이 산패되기 때문입니다. 대부분의 식용유는 트라이글리세리드라는 지방 분자로 이루어져 있는데요, 이 분자는 글리세롤에 3개의 지방산이 결합한 형태이며, 특히 불포화지방산이 많이 포함되어 있습니다. 이때 이중결합은 안정성이 낮아 산소나 열에 쉽게 반응할 수 있기 때문에, 불포화도가 높을수록 산패가 더 잘 일어납니다.튀김 중 기름이 높은 온도에서 공기와 접촉하면, 산소가 지방산의 이중결합 부위에 반응하여 라디칼이 형성됩니다. 이때 여러 라디칼들이 서로 결합하여 비활성 물질을 형성하며 반응이 멈추지만, 이미 생성된 과산화물은 불안정하여 분해되며 알데하이드, 케톤, 카르복실산 같은 냄새 나는 산패 생성물을 만듭니다. 이 물질들이 바로 산패된 기름의 쓴맛과 불쾌한 냄새의 원인입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.25
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은에 중독되는 경우 사람 피부가 회색으로 된다는데요?
안녕하세요.말씀하신 은(Ag)에 의한 피부의 회색~청회색 변색 현상은 실제로 보고된 의학적 현상인데요 이는 일종의 은 중독 증상이지만, 일반적인 중금속 중독처럼 급성 독성을 일으키기보다는 체내 축적에 의한 만성적 변화가 특징입니다.은이 체내에 들어오는 경로는 다양한데요 은 함유 약품의 장기 사용, 은 분진을 흡입하는 직업적 노출, 은이 포함된 보조제나 건강식품의 장기 섭취 등이 있습니다. 이때 체내로 들어온 은 이온(Ag⁺) 은 단독으로 머무르지 않고, 체내의 황(S) 또는 염소(Cl) 와 결합하여 은황화물(Ag₂S), 은염화물(AgCl) 등의 형태로 변하고, 이 화합물들이 피부와 점막의 진피층에 침착되면서 색이 변하게 되는 것입니다.이때 빛이 이 침착된 은 화합물에 닿으면, 광화학 반응이 일어나며 미세한 은 금속 입자(Ag⁰) 가 형성되는데요 이 은 입자들이 빛을 산란시키면서, 마치 사진 필름이 감광되어 색이 짙어지는 것처럼 피부색이 회색 또는 청회색으로 바뀌는 것입니다. 이 현상은 주로 햇빛을 자주 받는 부위인 얼굴, 손, 목 등에서 뚜렷하게 나타나는데 그 이유는 햇빛이 은 화합물의 광환원 반응을 촉진하기 때문입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.25
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