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킬레이트 효과가 나타나는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 '킬레이트 효과'란 다치 리간드가 중심 금속 이온에 배위할 때, 같은 수의 단치 리간드가 배위한 경우보다 훨씬 더 안정한 착물이 형성되는 현상을 말하는데요, 엔트로피적인 요인과 엔탈피적인 요인으로 설명이 가능합니다. 엔트로피적인 요인으로는 예를 들어서 단치 리간드가 배위할 경우에는 리간드 6개가 들어가고, 떨어져 나올 때도 6개의 분자가 빠져나오지만 다치 리간드는 3개만 들어가도 충분하므로, 반응 과정에서 자유롭게 풀려나는 분자의 수가 더 많아져 계의 무질서도(엔트로피)가 증가하는데요, 이때 엔트로피가 증가하면 자유에너지(ΔG = ΔH – TΔS)가 감소하므로, 착물이 훨씬 안정해집니다. 따라서 킬레이트 효과의 가장 큰 원인은 엔트로피적 안정성입니다. 다음으로 보조적인 요인으로 엔탈피적인 요인이 있는데요, 다치 리간드는 고리 구조를 만들며 금속 이온을 둘러싸기 때문에, 단치 리간드보다 금속 이온과의 결합이 끊어지기 어렵습니다. 또한 고리형 리간드는 금속 주위를 입체적으로 더 단단히 잡아주므로, 배위 결합이 부분적으로 협동적 성격을 띠어 결합 강도가 커지는데요, 이로 인하여 결합이 더 강하게 형성되어 엔탈피적으로도 안정화가 이루어집니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.25
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배위 화합물이 색깔을 나타내는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 배위 화합물이 다양한 색을 띠는 현상은 결정장 갈라짐과 d–d 전이라는 전자 에너지 준위 변화에서 비롯된 현상인데요, 우선 전이 금속 이온은 보통 d 오비탈에 전자를 가지고 있습니다. 이때 리간드가 금속 이온 주위에 배열되면, 리간드의 비공유 전자쌍과 금속 d 오비탈 전자 사이에 반발이 일어나고, 이 때문에 d 오비탈의 에너지가 동일하지 않고 두 그룹으로 갈라지게 되는데요, 예를 들어서 옥타헤드랄 착물의 경우 낮은 에너지를 가진 t₂g와 높은 에너지를 가진 eg로 분리됩니다. 또한 이때 가시광선 대역의 특정 파장이 입사되면, 낮은 에너지 준위(t₂g)에 있던 전자가 높은 에너지 준위(e_g)로 들뜰 수 있는데요, 이 전이가 바로 d–d 전이라고 불리는 것이며, 전자가 들뜨는 데 필요한 에너지는 특정 파장의 빛 에너지와 일치할 때 흡수가 일어나게 됩니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.25
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결정장 갈라짐의 크기에 영향을 미칠 수 있는 요인은 무엇이 있나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 착물에서 중심 금속 이온의 d 오비탈이 리간드와 상호작용할 때, 리간드의 비공유 전자쌍과 금속 이온의 전자 사이의 정전기적 반발 때문에 오비탈이 서로 다른 에너지로 분리되는 현상을 결정장 갈라짐이라고 하는데요, 이러한 결정장 갈라짐에 영향을 줄 수 있는 요인으로는 금속 이온의 산화수가 있습니다. 금속의 산화수가 높을수록 금속 이온의 전하 밀도가 커지는데요, 이 경우 리간드를 더 강하게 끌어당겨 리간드와의 반발도 커지므로, 결정장 분리 에너지 Δ가 커지는 것입니다. 또한 같은 족의 금속이라면, 아래로 갈수록 이온 반지름이 커지고 4d, 5d 전이 금속은 전자 구름이 더 퍼져 있는데요, 따라서 4d, 5d 금속 착물은 3d 금속 착물보다 Δ가 큽니다.이외에도 리간드의 종류가 중요한 영향을 미치는데요, 리간드가 중심 금속에 얼마나 강하게 전자를 주거나 상호작용하느냐에 따라 Δ가 달라집니다. I⁻ < Br⁻ < Cl⁻ < F⁻ < H₂O < NH₃ < en < NO₂⁻ < CN⁻, CO의 순서를 따르며 오른쪽으로 갈 수록 더 강한장 리간드에 해당하는데요, 강한 장 리간드일수록 d 오비탈과의 반발이 크고, 따라서 Δ가 커집니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.25
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냉장고가 차가우면 온도로 인해서 세균이 번식하지 못해서 그래서 냉장고에 음식을 넣으면 안상하는 건가요??
안녕하세요. 네, 맞습니다. 냉장고 속에서 음식이 잘 보존되는 이유는 세균과 곰팡이 같은 미생물의 생장 속도가 온도에 크게 의존하기 때문인데요, 원래 세균이 증식하려면 단백질을 합성하고, 효소로 대사를 돌리고, 세포 분열을 해야 하는데, 이 모든 과정은 효소 반응에 기반합니다. 일반적으로 효소 반응은 온도가 높을수록 빠르게 진행되지만, 온도가 낮아지면 효소의 활성도가 크게 떨어지는데요, 따라서 냉장고처럼 낮은 0~4 °C에서는 세균이 죽는 것은 아니지만, 대사 속도가 극도로 느려져서 번식 속도가 현저히 줄어듭니다. 따라서 냉장고는 세균을 완전히 없애는 멸균 장치는 아니지만 세균 증식을 지연시켜 음식이 상하는 속도를 늦추는 역할을 하는 것이며, 그래서 냉장고에 넣어둔 음식도 시간이 오래 지나면 결국 부패하게 됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.25
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꿈에서 예지몽을 꾼다는 사람들은 실제로 예지몽인지 아니면 그냥 우연히 그렇게 바라는 것이 꿈이 되어서 꿈을 꾸게 된것인지 궁금합니다.
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 예지몽이라고 불리는 현상은 과학적으로 보면 실제로 미래를 예측한다기보다는, 뇌가 가진 기억, 예측, 우연의 작용이 결합해서 그렇게 느껴지는 것이라고 보시는 것이 맞겠습니다. 우리 뇌는 현재까지의 경험과 정보를 바탕으로 다음에 일어날 일을 미리 예상하는 기능을 가지고 있는데요, 예를 들어 시험을 앞두고 불안할 때 시험장에서 문제를 푸는 꿈을 꾸는 것은, 실제로 미래를 본 것이 아니라 뇌가 불안을 해소하려고 가능한 시나리오를 만들어 낸 것이며 즉, 예지몽처럼 느껴지지만 사실은 뇌의 예측 모델이 반영된 것입니다.또한 꿈은 매우 다양한 내용이 섞여 나타나는데, 대부분은 잊어버립니다. 그런데 실제 생활에서 꿈과 비슷한 사건이 벌어지면, 사람은 그것만 강하게 기억하고 내 꿈이 맞았다고 생각하며 이런 현상을 선택적 기억 편향이라고 하는데요 즉, 수많은 꿈 중에서 일부만 현실과 맞아떨어진 것처럼 보이는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.25
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꿈이라는건 어떻게 꾸는 것인지 과학적으로 알려주세요.
안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 꿈은 단순한 환상이 아니라 뇌에서 실제로 일어나는 신경학적 활동의 산물이라고 볼 수 있습니다. 우선 꿈이 생성되는 뇌의 조건으로는 두 가지가 있는데요, 첫번째는 REM 수면 상태입니다. 이는 보통 잠든 지 약 90분 후 나타나며, 이때 뇌파는 깨어 있을 때와 유사하게 불규칙하고 빠른 형태를 보입니다. 또한 감각 차단 + 뇌 활성화로, 외부 자극은 차단되지만, 뇌 속 신경회로는 여전히 활발하게 활동하고 있는데요, 이때 뇌는 내부 기억·감정·상상을 조합하여 꿈이라는 경험을 구성하게 되는 것입니다. 이러한 꿈을 형성하는데 중요한 뇌의 영역으로는 우선 시상이 있습니다. 시상은 외부 감각 입력은 줄어들지만, 내부 신호를 전달하여 시각적 장면이 만들어지도록 하며, 해마는 기억을 저장하고 불러오는 역할을 하며, 꿈에서 과거 경험이 재구성되는 데 관여합니다. 다음으로 편도체에서는 감정 반응을 담당하여, 꿈이 종종 강한 공포·즐거움 같은 감정과 결합되는 이유가 되고, 마지막으로 전두엽은 논리적 사고와 자기통제 기능이 이때 상대적으로 억제되므로, 꿈에서는 현실에서는 불가능한 일이 자연스럽게 일어나는 것처럼 느껴지게 합니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.25
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태양광에서 인간이 얻을수 있는 에너지는 비타민D 밖에 없나요?
안녕하세요. 네, 원래 비타민은 체내에서 합성이 불가능하여 외부로부터 섭취해야 하는 성분으로 알려져 있었으나 비타민 D의 경우에는 태양광 에너지를 통해 합성이 가능합니다. 우선 태양광은 지구 생명체에게 막대한 에너지원이지만, 인간은 광합성을 할 수 없기 때문에 태양의 빛 에너지를 직접 화학적 에너지로 전환하지 못합니다. 하지만 태양광이 우리 몸에 주는 영향은 비타민 D 합성에 국한되지 않고, 여러 가지 생리학적 기능을 조절하는 데 기여합니다.비타민 D 합성 이외에도 태양광 중 가시광선은 망막을 자극하여 시교차상핵(SCN)이라는 뇌의 생체시계 중추에 신호를 보내는데요, 이를 통해 세로토닌과 멜라토닌의 분비 리듬이 조절되며 즉, 태양광은 직접적인 화학 에너지를 제공하지는 않지만, 우리 뇌의 에너지 사용 리듬을 제어한다고 보시면 됩니다. 또한 햇빛 노출은 세로토닌 분비를 증가시켜 기분을 안정시키고, 우울증을 완화하는 효과가 있으며, 또한 일부 연구에서는 자외선이 피부의 T세포 활성이나 면역 반응을 간접적으로 조절할 수 있음이 보고되었습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.25
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d 오비탈의 에너지 갈라짐은 왜 발생하나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 d 오비탈의 에너지 갈라짐은 배위결합에서 아주 핵심적인 현상인데요, 이 현상은 리간드가 중심 금속 이온 주변에 특정한 기하학적 배열을 이루며 접근할 때, 금속의 다섯 개 d 오비탈이 리간드의 전자 구름과 서로 다른 정도의 정전기적 반발을 받기 때문에 발생합니다.우선 중심 금속 이온이 단독으로 존재할 때는 다섯 개 오비탈은 모두 같은 에너지를 가지고 있는데요, 이때 리간드는 금속 이온의 비어 있는 궤도에 비공유 전자쌍을 제공하여 배위결합을 형성합니다. 이때 리간드의 전자 구름은 금속의 d오비탈에 이미 존재하는 전자와 정전기적 반발을 일으키는데요, 하지만 모든 d 오비탈이 리간드 방향과 같은 정도로 마주하지 않으므로, 반발 정도가 오비탈마다 달라집니다. 예를 들어서 6개의 리간드와 결합을 형성하는 옥타헤드랄 착물의 경우에는 6개의 리간드가 금속을 중심으로 정육면체 모서리 방향(±x, ±y, ±z 축)을 따라 배치됩니다. 이때 이때 축 방향에 전자 밀도가 집중된 오비탈의 경우에는 리간드 전자 구름과 직접적인 반발을 강하게 받기 때문에 에너지가 상승하는 것입니다. 반면에 축이 아니라 축 사이 평면 방향에 퍼져 있는 오비탈의 경우에는 리간드와 직접 마주치지 않으므로 반발이 상대적으로 적으며 에너지가 낮아지게 되는 것입니다. 따라서 d 오비탈의 갈라짐은 리간드 전자 구름과 중심 금속 d 오비탈의 공간적 겹침 정도 차이 때문에 발생하는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.25
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자율 신경의 조절에 따라서 침분비는 어떻게 달라지나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 침 분비는 자율신경계에 의해 정밀하게 조절되며, 특히 부교감 신경과 교감 신경이 서로 다른 방식으로 작용하기 때문에 분비되는 침의 양과 성분이 달라지는 것인데요, 우선 부교감 신경은 자극되었을 때 침 분비를 촉진하는 쪽입니다. 침샘 세포에서 수분과 전해질의 분비가 증가하며 침이 묽고 양이 많은데요 예를 들어서 아밀레이스와 같은 소화 효소와 점액도 함께 분비되기 때문에 음식물 소화 및 삼킴에 돕습니다. 이는 음식을 보거나 씹을 때, 소화에 대비해야 할 때 활성화됩니다. 반면에 교감 신경이 자극되었을 경우에는 침의 성질을 변화시키는데요, 침샘의 단백질 중에서도 특히 효소와 점액의 분비가 증가하며 혈관 수축으로 인해 침의 양은 줄어들고, 점성이 높은 끈적한 침이 됩니다. 교감신경은 긴장, 스트레스, 흥분 상태에서 활성화됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.25
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배위결합 형성 시 결정장 이론에서 인력과 반발력에 영향을 미칠 수 있는 요인은 각각 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 배위결합에서 중심 금속 이온과 리간드 사이의 상호작용을 결정장 이론, CFT로 설명할 때, 리간드가 금속 이온의 d 오비탈에 접근하면 두 가지 힘이 작용하게 됩니다. 우선 리간드가 제공하는 비공유전자쌍과 금속 이온의 양전하 사이의 정전기적 인력에는 금속 이온의 전하 크기가 영향을 미칠 수 있는데요, 금속 이온의 양전하가 클수록 리간드의 전자쌍을 더 강하게 끌어당깁니다. 또한 금속 이온의 크기가 작을수록 전하 밀도가 커져 리간드 전자를 더 강하게 당기며, 이와 함께 CN⁻, CO 같은 강한 장 리간드는 전자쌍을 더 강하게 제공해 인력이 커집니다. 반면에 리간드의 전자쌍이 금속 이온의 d 오비탈 전자밀도와 겹치면서 생기는 전자-전자 반발력에는 금속 이온의 d 전자 수와 배치가 영향을 미치는데요, d 오비탈이 이미 전자로 많이 채워져 있다면, 리간드 전자쌍이 들어오면서 전자-전자 반발이 커집니다. 또한 리간드의 접근 방향 역시 중요한데요, 옥타헤드랄 착물에서는 d_(x²−y²), d_(z²) 오비탈이 리간드 축과 정면으로 겹쳐 더 큰 반발을 받게 됩니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.24
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