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방향족 화합물이 특별히 안정적인 이유는 무엇이며 향이 나는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 질문해주신 것과 같이 벤젠을 포함한 방향족 화합물은 일반적인 알켄과 다르게 특별한 전자 구조 때문에 안정성이 높은데요, 이 성질을 방향족성이라고 합니다. 말씀해주신 것처럼 벤젠 고리에는 6개의 π 전자가 존재하는데, 이 전자들이 이중결합 위치에 국한되지 않고 고리 전체에 걸쳐 비편재화되어 있습니다. 즉, π 전자들이 고리 모양으로 퍼져서 전자 구름(π 전자 고리)을 형성합니다. 또한 방향족 화합물은 π 전자 수가 4n+2개일 때 특별히 안정한데요, 벤젠의 경우 π 전자가 6개(=4×1+2)이므로 안정성이 큽니다. 결과적으로 비편재화된 π 전자는 분자의 전체 결합 에너지를 낮추어, 마치 모든 탄소–탄소 결합이 단일 결합과 이중 결합의 중간 길이를 갖도록 만들며 벤젠은 일반적인 알켄처럼 쉽게 첨가 반응을 하지 않고, 대신 치환 반응을 주로 하게 됩니다. 또한 향이 나는 특성은 방향족의 기원과 관련이 있는데요, 역사적으로 19세기 초에 발견된 벤젠 유도체들은 실제로 특유의 냄새가 나는 경우가 많았습니다. 그래서 벤젠 고리를 가진 화합물들을 향기가 있는 화합물이라고 해서 방향족 화합물이라 부르게 된 것입니다. 또한 어떤 분자가 후각 수용체에 결합할 수 있는 특정한 구조와 극성을 가지면 향을 인지할 수 있는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.21
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알케인, 알켄, 알카인의 결합 특성과 분자 구조적 차이는 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 질문해 주신 알케인, 알켄, 알카인은 모두 탄화수소의 주요 계열이지만, 결합 특성과 분자 구조에서 차이가 있고, 그 결과 물리적 성질에도 차이가 나타나는데요 우선 알케인이란 탄소 원자 간에 σ(시그마) 단일 결합만 존재하는 탄화수소입니다. 이때 탄소는 sp³ 혼성을 하고, 네 개의 σ 결합을 형성하고 있으며 사면체형 구조를 이루고 있고, 결합각은 약 109.5°입니다. 회전이 자유로워 여러 입체 이성질체를 형성할 수 있다는 특성이 있습니다.다음으로 알켄은 이중 결합을 가지는 불포화탄화수소인데요, 탄소 원자 간에 하나의 σ 결합 + 하나의 π 결합으로 이루어진 이중 결합이 있습니다. 이때 이중 결합에 관여하는 탄소는 sp² 혼성을 하고, 세 개의 σ 결합과 하나의 π 결합을 형성하며 평면 삼각형 구조를 이루고 결합각은 약 120°입니다. 이때 π 결합 때문에 이중 결합 부위는 회전이 불가능하여 시스-트랜스 입체이성질체가 존재합니다. 마지막으로 알카인은 삼중 결합을 가진 불포화탄화수소로 탄소 원자 간에 하나의 σ 결합 + 두 개의 π 결합으로 이루어진 삼중 결합이 있으며 삼중 결합에 관여하는 탄소는 sp 혼성을 하고, 두 개의 σ 결합과 두 개의 π 결합을 형성합니다. 직선형 구조를 이루고 있고 이때 결합각은 180°이며 결합이 강하고 짧아 분자가 직선형으로 뻗는다는 특징이 있습니다.같은 탄소 수 기준으로는 알카인 ≥ 알켄 ≥ 알케인 순서로 약간씩 높아지는데요, 이는 알카인은 직선형 구조로 분자 간 상호작용인 분산력이 커지고, 알켄도 π 전자가 있어 분자 간 힘이 알케인보다 약간 크기 때문입니다. 또한 세 계열 모두 비극성 분자이지만, π 전자를 가지는 알켄과 알카인은 알케인보다 분극성이 커서 다른 극성 분자와의 상호작용 가능성이 조금 더 있습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.21
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물 끓일 때요 뚜껑을 덮으면 더 빨리 끓는 이유가 뭘까요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과, 같이 뚜껑을 덮느냐 안 덮느냐에 따라 물이 끓는 데 걸리는 시간이 크게 달라지는데요, 우선 물을 끓일 때 가열된 물 표면과 공기 사이에서 증발이 일어나는데, 증발은 열을 빼앗아가며 이를 기화열이라 합니다. 이때 뚜껑을 덮으면 수증기가 빠져나가지 못하고 내부에 머물면서 증발에 의한 열 손실이 크게 줄어드는데요, 또한 뚜껑이 단열 효과를 주어 냄비 위쪽으로 빠져나가는 대류와 복사에 의한 열 손실도 줄어듭니다. 따라서 같은 열을 가했을 때이더라도 뚜껑을 덮으면 물이 더 빨리 온도에 도달하는 것입니다.또한 부분적 압력 상승 효과도 있는데요, 우선 뚜껑을 덮으면 수증기가 쌓이면서 내부 압력이 약간 올라가는데 압력이 오르면 물의 끓는점도 조금 상승하게 되며, 물론 이 효과는 일반적인 냄비에서는 아주 미미합니다. 하지만 중요한 점은, 압력이 약간 올라가면 증발이 억제되어 물이 열을 잃지 않고 빠르게 가열된다는 점으로 즉, 끓는점 상승 자체보다는 증발 억제 효과가 더 크게 작용한다고 보시면 됩니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.21
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전해질이 비전해질보다 끓는점 오름이 큰 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 비전해질에 해당하는 포도당은 물속에서 이온으로 해리되지 않고 분자 그대로 존재하는데요 즉, 1 mol의 포도당을 녹이면 용액 속에서 1 mol의 입자만 존재합니다. 반면에 NaCl은 물속에서 전해질로서 Na⁺와 Cl⁻ 두 개의 이온으로 해리되는데요, 따라서 이상적으로는 1 mol의 NaCl을 녹이면 용액 속에서 약 2 mol의 입자가 존재합니다.그러나 실제로는 이온쌍 형성 때문에 약간 작아지지만, 그래도 포도당보다 훨씬 큽니다. 따라서, 같은 몰수의 용질을 넣어도 NaCl은 두 배 정도의 효과를 내므로 끓는점 상승이 더 크게 나타나는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.20
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비휘발성 용질을 물에 녹였을 때 증기압이 낮아지는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 질문해 주신 것과 같이 비휘발성 용질을 물과 같은 용매에 녹였을 때 증기압이 낮아지는 원리는 라울의 법칙으로 설명 가능한데요,라울의 법칙에 따르면, 용액의 증기압은 용매의 몰분율에 비례하여 감소합니다.이때 비휘발성 용질은 스스로 증발하지 않기 때문에 증기압에 직접 기여하지 않는데요, 하지만 용질 입자가 물 분자 사이를 차지하여 표면에 존재할 수 있는 용매 분자의 비율을 줄이게 됩니다. 또한 비휘발성 용질이 있으면 표면에 차지하는 자리가 늘어나 용매 분자가 기체로 도약할 확률이 줄어들며 따라서 단위 시간당 증발하는 용매 분자의 수가 줄어들고, 결과적으로 증기압이 낮아지는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.20
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자신에게 맞는 입술색이나 색조는 어떻게 알아 볼 수 있나요?
안녕하세요. 네 질문해주신 것처럼 실제로 많은 분들이 퍼스널 컬러를 기준으로 화장품 색조를 고르지만, 말씀하신 것처럼 컨디션, 조명, 피부 상태에 따라 다르게 느껴질 수 있는데요, 우선 입술 본연의 색을 한 번 확인해보시는 것이 좋습니다. 립밤으로 입술을 정리한 뒤 본연의 색을 보면, 입술이 붉은 편인지, 옅은 편인지에 따라 발색이 달라지는데요, 입술색이 진하면 투명하거나 맑은 발색이 자연스럽게 어울리며 반대로 입술색이 옅으면 선명하고 채도가 있는 색이 얼굴에 생기를 주게 됩니다. 또한 피부가 칙칙하거나 피곤한 날은 평소보다 더 강한 색이 필요할 수 있으며 그래서 오늘 나에게 맞는 색이 날에 따라서 달라보이기도 합니다. 이럴 땐 기본으로 나를 환하게 해주는 베스트 컬러 하나와, 상황에 따라 변화를 줄 보조 컬러 몇 가지를 갖춰 두면 좋을 것 같습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.20
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용액의 총괄성이란 무엇을 의미하나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 '용액의 총괄성'이란 용액의 성질 중에서 그 크기가 용질의 화학적 성질에는 무관하고 오직 입자의 수에만 의존하는 성질을 말하는 것인데요 즉, 용질이 설탕인지, 소금인지, 포도당인지 같은 종류는 중요하지 않고, 용액 속에 들어 있는 입자의 개수가 중요하다는 개념입니다. 이러한 용액의 총괄성은 크게 4가지로 나뉘는데요, 첫번째는 증기압 내림으로 이는 용질이 섞이면 용매 분자의 휘발이 방해되어 증기압이 감소한다는 것입니다. 두번째는 끓는점 오름으로 이는 증기압이 낮아졌으므로 끓기 위해 더 높은 온도가 필요하게 됨을 의미합니다. 세번째는 어는점 내림으로 이는 용질 입자가 섞여 있으면 고체 결정이 형성되기 어려워져 어는점이 낮아진다는 것입니다. 마지막은 삼투압으로 반투막을 사이에 둔 용매 이동 현상에서, 용질 입자가 존재하면 삼투압이 생기는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.20
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전해질과 비전해질의 끓는 점 오름이나 어는점 내림이 다르게 나타나는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 끓는점 오름과 어는점 내림은 모두 용액의 총괄성의 한 예시라고 할 수 있는데요, 용액 속에 존재하는 입자의 수에만 의존하고, 입자의 종류에는 직접 의존하지 않는 특징을 가지고 있습니다. 설탕, 요소와 같이 비전해질의 경우에는 물에 녹아도 이온으로 분리되지 않는 물질은 분자 그대로 용매에 존재하는데요, 따라서 용액 내 입자 수는 단순히 녹인 분자 수, 즉 몰농도에 비례합니다. 반면에 NaCl, KBr, H₂SO₄와 같이 전해질은 물에 녹을 때 이온으로 해리되는데요, 이때 하나의 분자가 여러 개의 이온으로 쪼개지므로, 동일한 몰 수의 용질을 녹였더라도 용액 속의 입자 수가 더 많아집니다. 즉, 전해질 용액은 같은 농도의 비전해질 용액보다 끓는점은 더 많이 오르고, 어는점은 더 많이 내려갑니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.20
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자기장은 사람몸에 어떤 영향을 주나요
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 자기장은 사람 몸에도 분명히 영향을 줄 수 있습니다만, 그 크기와 방식은 자기장의 세기와 노출 시간에 따라 달라진다고 보시면 됩니다. 우선 사람의 몸은 대부분이 물과 유기 분자로 이루어져 있어서 강자성체는 아닌데요, 따라서 일상에서 경험하는 지구 자기장 정도의 세기로는 몸에 직접적인 영향을 거의 주지 않습니다. 그러나 인체 내에는 철 성분이 존재하는데요, 대표적으로 혈액 속 헤모글로빈의 철 원자, 그리고 페리틴과 트랜스페린과 같은 일부 단백질 등이 있습니다. 다만 이 철분은 단일 원자 수준의 배위 결합 상태이기 때문에, 큰 자석처럼 강하게 반응하지는 않습니다. 하지만 강한 자기장이 주어진 환경에서는 다른데요, 헤모글로빈은 산소가 결합했을 때와 결합하지 않았을 때의 자기적 성질이 달라지는데요, 이것이 MRI에서 뇌혈류를 영상화하는 fMRI 원리이며 즉, 혈액 속 산소 상태가 자기장에 반응한다고 보시면 됩니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.20
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끓는점 오름과 어는점 내림에 사용되는 상수값은 어떠한 요인에 의해서 변화될 수 있나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 끓는점 오름(ΔTb)과 어는점 내림(ΔTf)을 다룰 때 사용되는 끓는점 오름 상수(Kb)와 어는점 내림 상수(Kf)는 용질의 종류가 아니라 용매의 성질에 의해 결정되는 값인데요, 즉 이는 용매가 무엇인지가 중요합니다. 해당 상수 값에 영향을 주는 요인으로는 증발이나 융해에 필요한 에너지가 클수록, 즉 상변화가 어렵고 안정적일수록 상수값은 작아지는데요, 예를 들자면 물은 융해 엔탈피가 비교적 크기 때문에 어는점 내림 상수(Kf)가 작습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.20
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