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내연 기관차를 사용하지 않게 되면 사실상 팔라듐에 대한 수요도 감소하는건가요?
안녕하세요.네, 말씀해주신 것처럼 내연기관 자동차의 감소는 팔라듐 수요에 직접적인 타격을 줄 수 있는데요, 팔라듐(Pd)은 주로 자동차의 배기가스 정화장치에 사용되어, 일산화탄소(CO)와 질소산화물(NOx) 같은 유해가스를 이산화탄소와 질소로 전환시키는 역할을 합니다. 이때 전기차(EV) 로 전환되면 배기가스 자체가 없기 때문에 촉매에 팔라듐을 쓸 필요가 없는데요 이로 인해 세계적으로 내연기관차 비중이 감소하면, 팔라듐의 수요는 중·장기적으로 확실히 줄어드는 추세가 됩니다.자동차 산업이 팔라듐 시장의 절대적인 수요처이며, 다른 분야는 상대적으로 규모가 작은데요, 전자산업이나 보석 및 귀금속, 치과 재료로 일부 사용이 가능합니다.팔라듐은 백금족 금속 중 하나로, 귀금속으로서의 희소성은 있지만 금이나 백금보다 실질적 귀금속 가치가 낮은 편인데요 다만 산업용 가치가 높기 때문에 가격은 산업 수요에 따라 크게 변동합니다. 내연기관 감소 이후 팔라듐은 새로운 활용 방향이 주목받고 있는데요, 팔라듐은 수소를 흡수하고 통과시키는 능력이 탁월하여, 수소 정제막이나 연료전지 전극 촉매로의 응용 가능성이 연구되고 있습니다. 그러나 가격이 비싸고 대체 촉매 연구도 활발해 상용화는 제한적이긴 합니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.16
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생태계 내 분해자에 대한 질문(종속영양생물,하이에나,파리지옥 등)
안녕하세요.생태계 내에서 분해자는 에너지 순환과 물질 순환의 핵심적인 역할을 맡고 있는데요 이는 생물의 사체나 배설물 속의 유기물을 분해하여 에너지를 얻는 생물입니다. 이들은 스스로 유기물을 합성하지 못하고, 이미 존재하는 유기물을 외부로부터 얻어 에너지를 취하므로 종속영양생물이 맞습니다.즉, 독립영양생물은 광합성이나 화학합성을 통해 스스로 유기물을 만드는 식물이나 남세균과 같은 생물인 반면, 분해자는 유기물을 분해하여 무기물로 되돌리면서 타 생물의 유기물에 의존하기 때문에 종속영양생물로 분류됩니다. 대표적인 분해자는 다음과 세균 중에서 부패균, 버섯, 푸른곰팡이 등이 있고 이들은 효소를 이용해 복잡한 유기물을 무기물 상태의 이산화탄소, 암모니아, 무기염류 등으로 분해하면서 에너지를 얻습니다.다만 하이에나는 흔히 시체를 먹는 동물로 알려져 분해자로 오해받기 쉽지만, 실제로는 분해자가 아닌 소비자인데요, 정확히는 2차 소비자 또는 3차 소비자에 해당하는 육식성 종속영양생물입니다. 하이에나는 다른 동물의 사체를 먹긴 하지만, 그 사체를 무기물로 화학적으로 분해하지 않습니다. 즉, 유기물의 화학적 분해를 수행하는 것이 아니라, 물리적 섭취를 통한 소비자에 해당하며 하이에나가 먹고 남긴 찌꺼기를 이후에 세균과 곰팡이 같은 진정한 분해자가 분해하게 됩니다.마지막으로 파리지옥은 곤충을 잡아먹는 특이한 식물로, 일부 사람들은 이를 잡식성이나 종속영양성으로 오해하기도 하지만, 기본적인 에너지 획득 방식은 광합성을 통해 스스로 유기물을 합성하는 독립영양생물입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.15
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코스 모스는 가을에만 피나요????
안녕하세요.일반적으로 코스모스는 가을의 대표적인 꽃으로 알려져 있는데요, 최근에는 여름철에도 피어 있는 코스모스를 자주 볼 수 있습니다. 이러한 현상은 식물의 생리적 특성과 재배 환경의 변화에 의한 것입니다.우선 코스모스는 단일식물에 속하는데요, 이는 밤의 길이가 일정 시간 이상으로 길어질 때 개화 호르몬이 활성화되어 꽃이 피는 식물을 말합니다. 원래 자연 상태에서는 낮이 짧아지고 밤이 길어지는 가을철에 개화가 촉진되어, 전통적으로 코스모스는 가을꽃으로 분류되었습니다.하지만 요즘 여름에도 코스모스가 피는데요, 최근에는 생육 기간이 짧고 낮의 길이에 덜 민감한 중일성 또는 장일성 품종이 개발되었습니다. 이런 품종들은 여름철의 긴 낮에도 꽃눈이 분화되어 일찍 개화할 수 있습니다.게다가 온난화로 인해 봄과 여름의 평균 기온이 높아지고, 도시 지역에서는 열섬 현상으로 토양 온도도 빨리 상승하는데요, 코스모스는 비교적 따뜻한 기온에서 잘 자라므로, 이러한 환경에서는 개화 시기가 앞당겨집니다. 또한 인위적으로 조성된 화단에서는 조기 파종과 관수 관리로 개화를 여름에 유도하기도 합니다.따라서 코스모스는 기본적으로 가을에 피는 단일성 식물이지만, 오늘날 품종 개량과 기후 변화로 인해 여름에도 개화가 가능한 식물로 바뀌어가고 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.15
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유리와 석영의 화학적 성분이 같음에도 불구하고, 융점이 서로 다른 이유는 무엇일까요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 유리와 석영은 모두 이산화규소(SiO₂)를 주성분으로 하지만, 그 내부 구조의 차이로 인해 융점이 크게 다르게 나타나는 것입니다. 우선 석영은 규칙적인 결정 구조를 가지는 결정질 물질로, 규소 원자 하나가 네 개의 산소 원자와 강하게 결합하여 SiO₄ 사면체를 이루고, 이러한 사면체들이 규칙적이고 반복적인 3차원 격자로 연결되어 있는데요 이 구조에서는 모든 결합이 매우 안정적이고 에너지가 높아, 전체 구조를 깨뜨리기 위해서는 많은 열에너지가 필요합니다. 따라서 석영의 융점은 약 1713 °C로 매우 높게 나타납니다.반면에 유리는 동일한 SiO₄ 단위를 가지고 있지만, 냉각 과정에서 결정을 이루지 못하고 불규칙한 방향으로 연결된 무정형 구조를 형성합니다. 즉, 장거리 질서가 없는 비정질 상태로 존재하기 때문에 결합 길이와 결합각이 일정하지 않고, 일부 결합은 상대적으로 약하게 형성되어 있습니다. 이와 같은 불균일한 구조에서는 일정 온도에서 전체 구조가 한꺼번에 녹지 않고, 서서히 결합이 끊어지며 점차 부드러워지는 형태로 변합니다. 그래서 유리는 명확한 융점이 아니라, 점성이 급격히 낮아지기 시작하는 연화점을 가지게 되며, 이 온도는 약 600–800 °C 정도로 석영보다 훨씬 낮습니다. 따라서 유리와 석영의 융점 차이는 화학 조성의 차이가 아니라, 원자 배열의 질서도와 결합의 균일성으로 인한 것이라고 볼 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.15
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유리와 석영의 물리적 성질의 차이를 어떻게 설명할 수 있을까요?
안녕하세요.말씀하신 것처럼 유리와 석영은 모두 기본적으로 이산화규소(SiO₂)를 주성분으로 하지만, 그 내부 구조와 배열 방식이 달라서 물리적 성질에서도 차이가 있는데요 석영은 결정질 구조를 가지며, 규소 원자와 산소 원자가 규칙적이고 주기적인 3차원 격자 구조를 형성합니다. 즉, Si–O–Si 결합이 일정한 각도(약 144° 정도)와 거리로 반복적으로 배열되어 있습니다. 반면 유리는 무정형 고체로, 규소와 산소는 여전히 SiO₄ 사면체 단위를 이루지만, 이들이 불규칙한 방향으로 연결되어 장거리 질서가 존재하지 않습니다. 이처럼 유리는 액체가 냉각되어 굳었지만 결정화되지 못한 상태, 즉 비정질 고체로 이해할 수 있습니다.이러한 구조적 차이는 여러 물리적 성질에 직접적인 영향을 미치는데요 석영은 규칙적인 결정 격자 덕분에 강한 Si–O 결합이 고르게 분포되어 있어, 녹는점이 매우 높아 약 1713 °C입니다. 반면에 유리는 결합이 불규칙하게 분포되어 있으므로 약한 부분부터 쉽게 변형되어, 명확한 녹는점이 아닌 점차적으로 부드러워지는 연화점을 보입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.15
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CO 분자에서 전자 분포는 어떻게 나타나나요?
안녕하세요. 질문해주신 일산화탄소(CO) 분자는 겉으로 볼 때에는 단순한 삼중결합 분자이지만, 실제 전자 분포를 살펴보면 독특한 성질을 가지고 있는데요, CO 분자는 총 10개의 원자가 전자를 가지며, 이를 옥텟 규칙에 맞추어 루이스 구조로 나타내면 일반적으로 탄소와 산소가 삼중결합을 이루는 형태, 즉 :C≡O:로 표현됩니다. 그러나 이 구조를 전자 수로 분석해보면 탄소가 형식적으로 음전하를 띠고(-1), 산소가 양전하를 띠는(+1) 형태가 되어, 전기음성도가 산소가 더 큰 실제 상황과는 맞지 않는 모순된 결과가 나타납니다.이러한 이유로 실제 전자 분포를 분자 궤도론으로 분석하면 다른 그림이 보입니다. 분자 궤도 계산 결과, 결합성 궤도에서는 전자가 비교적 균등하게 분포하지만 비공유전자쌍은 탄소 원자 쪽에 더 많이 존재함이 확인됩니다. 따라서 실제로는 탄소 쪽이 전자 밀도가 더 높고, 전자를 내어주기 쉬운 부분으로 작용합니다. 이 때문에 금속 착물에서 CO가 결합할 때에는 산소가 아니라 탄소 쪽이 금속에 결합하는 리간드로 작용합니다. 즉, 루이스 구조상으로는 탄소가 음전하, 산소가 양전하를 띠지만 실제 전자 밀도 분포는 그 반대이며, 이로 인해 분자의 극성 방향 또한 전기음성도만으로 예측한 것과 다르게 나타납니다. 실제로 CO는 약한 쌍극자 모멘트를 가지며, 그 방향은 탄소가 약간 음전하(δ–), 산소가 약간 양전하(δ+)를 띠는 형태입니다. 이는 전기음성도 차이보다는 σ와 π 결합 궤도의 상호작용, 그리고 분자 궤도의 에너지 차이에 의해 결정되는 결과라고 보시면 되고 결국 CO 분자는 루이스 구조로는 옥텟 규칙을 만족하기 위해 산소가 양전하를 띠는 형태로 나타나지만, 실제 전자 구름 분포를 보면 탄소 쪽이 더 전자 풍부한 말단으로 작용하는 특이한 분자입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.15
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폴링의 전기 중성 원리의 장점은 무엇인가요?
안녕하세요.폴링의 전기 중성 원리는 루이스 구조나 분자의 전자 분포를 예측할 때 중요한 보조 기준으로 사용되는 개념인데요, 루이스 구조를 그릴 때에는 옥텟 규칙, 각 원자가 8전자를 채우려는 경향을 기준으로 전자쌍을 배치합니다. 그러나 옥텟 규칙만으로는 가능한 여러 구조 중 어떤 것이 실제로 더 안정한지 구분하기 어렵습니다. 예를 들어, 질산이온(NO₃⁻)이나 황산이온(SO₄²⁻)처럼 공명 구조를 가질 수 있는 경우, 여러 형태가 옥텟을 만족하지만 실제로는 한 구조만이 주된 기여를 합니다. 이때 폴링의 전기 중성 원리를 적용하면, 각 원자의 형식 전하가 0에 가깝고, 전기음성도가 높은 원자에 음전하가, 낮은 원자에 양전하가 배치된 구조가 더 안정하다고 판단할 수 있습니다.또한 전하가 과도하게 분리된 구조는 정전기적 반발 때문에 에너지가 높은데요, 폴링의 원리는 이러한 불안정 구조를 배제하고, 실재 분자의 에너지 최소화 방향과 일치하는 구조를 선택하게 합니다. 게다가 여러 공명 구조 중 어떤 형태가 주된 기여자인지를 판단할 때, 전기 중성 원리를 이용하면 부분 전하 분포가 균일하고 안정한 형태를 예측할 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.15
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옛날 연탄은 어떤 윈리로 하는 방식인건가요? 그리고 연탄으로 왜 많은 사람들이 죽는 경우도 생겼나요?
안녕하세요.질문주신 것처럼 연탄은 한국을 비롯한 여러 나라에서 한때 대표적인 난방 연료로 사용되었던 물질인데요 연탄은 기본적으로 석탄을 잘게 부순 뒤, 점토와 함께 압축 성형하여 만든 연료입니다. 주성분은 탄소(C)이며, 소량의 황(S), 질소(N), 수소(H) 성분도 포함되어 있습니다. 연탄이 충분한 산소가 공급될 때는 완전연소되며 이때 생성되는 이산화탄소(CO₂)는 무해하며, 발생한 열로 방을 따뜻하게 합니다. 하지만 실제 연탄 난로나 연탄 아궁이에서는 산소 공급이 완벽하지 않기 때문에, 일부 탄소가 불완전연소를 일으키는데요, 이때 생성되는 일산화탄소(CO)가 문제의 핵심입니다.한국식 전통 난방 구조인 온돌은 방 아래쪽에 연탄불로 데운 연기와 열이 통과하는 통로를 만들고, 그 위의 돌과 흙바닥이 데워져 방 전체에 복사열로 전달되는 방식으로 연탄이 타면서 발생한 고온의 연기와 열이 방 바닥 밑을 지나가고, 최종적으로 굴뚝을 통해 외부로 배출되어야 안전합니다. 이 과정이 제대로 작동하면 방은 따뜻하고, 연탄가스인 일산화탄소는 외부로 빠져나가게 됩니다. 문제는 연탄불이 타는 공간과 연도사이에 틈새가 생기거나 통풍이 막히는 경우로, 이럴 때 일산화탄소가 방 안으로 새어 들어오게 됩니다.일산화탄소(CO)는 무색, 무취, 무미의 기체이기 때문에 사람은 감각적으로 이를 전혀 느낄 수 없습니다. 그런데 CO는 인체 내에서 혈액의 헤모글로빈(Hb)과 결합하는 능력이 산소(O₂)보다 약 200배 이상 강합니다. 이렇게 되면 헤모글로빈이 산소를 운반하지 못하게 되어, 혈액 내 산소 공급이 급격히 차단되고 결국 뇌나 심장 같은 산소 요구량이 높은 기관이 먼저 손상되어, 의식을 잃거나 사망에 이르게 되는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.15
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PH3와 NH3의 결합각도의 차이는 어떻게 설명할 수 있나요?
안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 암모니아(NH₃)와 인화수소(PH₃)는 모두 중심 원자에 세 개의 σ결합과 하나의 비공유 전자쌍을 가지므로, 겉보기에는 sp³ 혼성화된 구조로 보입니다. 그러나 실제 결합각은 크게 다르며, NH₃의 결합각은 약 107°, PH₃의 결합각은 약 93.5° 정도로, 거의 직각에 가깝습니다.이와 같은 차이는 단순히 sp³ 혼성이라는 설명만으로는 완전히 설명되지 않으며, 중심 원자의 혼성화 정도, 전자 구름의 분포, 그리고 결합의 성질에 의해 결정되는데요, 우선 중심 원자의 껍질 구조와 혼성화 정도의 차이 측면에서 질소(N)는 2주기 원소로, 2s와 2p 궤도가 에너지적으로 가깝기 때문에 혼성이 매우 잘 일어납니다. 따라서 NH₃에서는 질소의 2s와 2p 궤도가 효과적으로 sp³ 혼성화되어 네 개의 등가 혼성궤도를 형성하고, 이 중 세 개가 H와 결합, 하나가 비공유 전자쌍을 이룹니다. 이때 sp³ 혼성궤도들은 서로 최대한 멀리 배치되어야 하므로, 사면체 구조에 가까운 약 107°의 결합각이 형성됩니다. 반면 인(P)은 3주기 원소로, 3s와 3p 궤도 간의 에너지 차가 커서 혼성화가 잘 일어나지 않습니다. 따라서 PH₃에서는 sp³ 혼성화가 거의 일어나지 않고, 거의 순수한 p궤도들이 수소와 겹쳐 결합을 형성합니다. 이 경우 중심 원자의 p궤도는 서로 90°를 이루기 때문에 때문에, 결합각이 약 93.5° 정도로 작아지게 됩니다.또한 비공유 전자쌍은 결합전자쌍보다 공간적으로 더 퍼져 있어 결합각을 압축하는 역할을 합니다. 그러나 PH₃에서는 인 원자의 전자 구름이 더 멀리 퍼져 있고, 중심 원자의 전기음성도가 낮기 때문에 비공유 전자쌍의 밀도가 상대적으로 작습니다. 즉, 전자쌍 반발력이 약해 결합각이 거의 90°에 가깝게 유지됩니다. 반대로 NH₃에서는 질소가 전기음성도가 높고, 비공유 전자쌍이 중심 원자 근처에 밀집되어 있어 결합전자쌍과의 반발이 커지므로 결합각이 더 커지게 되는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.15
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전해질에서 이온전도도가 배터리 충전 효율에 미치는 작용 원리는 무엇인가요?
안녕하세요.말씀하신 것과 같이 전해질의 이온전도도는 배터리 내에서 전하가 이동하는 효율을 결정하는 중요한 인자입니다.배터리 내에서는 전자가 외부 회로를 따라 이동하는 동시에, 전해질 내부에서는 이온이 이동하여 전하 균형을 유지해야 하는데요, 전자는 금속 도체를 통해 흐르고, 양이온이나 음이온은 전해질을 통해 이동합니다. 이때 전해질의 이온전도도는 이온이 얼마나 빠르게, 손실 없이 이동할 수 있는가를 나타내는 물리적 성질입니다.이때 전해질의 이온전도도가 높을수록 전하 이동의 저항이 작아지며 배터리에서 충전이란 외부 전원을 이용해 리튬 이온을 음극 쪽으로 이동시키는 과정인데, 전해질의 이온전도도가 낮으면 이온 이동이 느려져 이온 농도 구배가 커집니다. 이 구배는 전위차를 불균일하게 만들어, 실제로는 일부 영역에서 과전압이 생기거나 전극 표면 반응이 느려집니다. 반대로, 이온전도도가 높으면 전해질 내에서 이온이 고르게 빠르게 이동하므로, 전위 분포가 균일해지고 과전압이 감소하는데요, 결과적으로 같은 전류 밀도에서도 충전 속도를 높이고 발열을 줄이며 효율을 개선할 수 있습니다.안정성과 수명 측면의 작용 원리를 따져보자면 이온전도도가 낮은 전해질에서는 충전 시 이온의 이동이 국소적으로 지연되어, 특정 부분에 리튬 금속의 국소적인 석출이 일어나기 쉽습니다. 이러한 수지상 결정은 전극을 손상시키고 단락의 원인이 되므로 배터리 수명을 단축시킵니다.또한 이온전도도가 높으면 전해질 내에서 이온 흐름이 균일하게 분포되어, 리튬 이온이 전극 표면 전체로 고르게 도달합니다. 이로 인해 전극 표면 반응이 일정하게 진행되고, 덴드라이트 형성을 억제하여 안정성과 수명을 향상시키게 됩니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.15
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