답변 내역

안녕하세요.희토류는 주기율표에서 란타넘(La)부터 루테튬(Lu)까지의 15개 란탄족 원소에, 여기에 성질이 비슷한 스칸듐(Sc)과 이트륨(Y)을 포함한 총 17가지 금속 원소를 말하는 것인데요 이름처럼 희귀한 금속이라는 뜻으로 불리지만, 실제로 지각 내 존재량은 아주 적지는 않습니다. 다만 광석 속에서 순수하게 분리하기 어렵고, 정제 과정이 복잡하고 비용이 많이 드는 금속이라 ‘희토류’라고 부릅니다.희토류는 모두 은백색 금속이며, 전자배치가 비슷해 물리·화학적 성질이 유사하지만, 자성, 발광성, 전기적 특성에서 미묘한 차이를 보여 첨단산업에 필수적입니다.희토류가 특히 중요한 이유는 현대 전자기술, 친환경 에너지, 군수산업 등 거의 모든 첨단 기술의 핵심 소재로 쓰이기 때문인데요, 네오디뮴(Nd)과 디스프로슘(Dy)은 ‘네오디뮴 자석(NdFeB)’의 핵심 성분입니다. 이 자석은 크기에 비해 자기력이 매우 커서, 전기차 모터, 풍력 발전기, 하드디스크, 스마트폰 스피커에 사용되는데요 희토류가 없으면 전기차 구동 효율이나 소형 전자기기의 경량화가 거의 불가능해집니다.또한 현재로서는 완전한 대체는 거의 불가능한데요 다른 금속으로 일부 성능을 보완할 수는 있지만, 효율·내구성·경량화 면에서 희토류를 대체할 만한 물질은 없습니다. 예를 들어 네오디뮴 자석을 대신할 자석은 존재하나, 자력이 약하거나 온도 안정성이 떨어집니다. 그래서 각국은 희토류의 재활용 기술과 대체 합금 개발을 연구 중이지만, 아직 경제성 면에서 완벽한 대체는 어렵습니다. 감사합니다.

안녕하세요.락스 차아염소산나트륨, NaOCl을 주성분으로 하는 표백제이며 사실상 염소계 화합물이 휘발하면서 생기는 자극적인 기체로 인체에 유익한 점은 전혀 없습니다. 오히려 흡입 시 여러 해로운 생리적 반응을 일으킬 수 있습니다.락스가 공기 중에서 분해되면 염소(Cl₂) 또는 차아염소산(HOCl) 기체가 발생하는데요, 이 기체들은 수분이 많은 호흡기 점막인 코, 목, 기관지에 닿는 순간 염산(HCl)과 활성 산소종(ROS)을 생성합니다. 이 물질들이 점막 세포의 단백질과 지방막을 산화시켜 기침, 인후통, 가슴 답답함, 눈과 코의 자극, 눈물을 유발하고 폐포의 염증 반응을 통해 기관지염, 폐부종의 가능성이 있습니다.한두 번의 짧은 흡입으로도 일시적인 염증이 생길 수 있지만, 자주 혹은 가까이서 맡을 경우에는 만성 기침이나 호흡곤란과 같은 만성적 변화가 보고되었습니다. 특히 이미 폐기능이 약해져 있는 분이라면 미량의 노출에도 산화 스트레스 증가로 인해 손상이 심해질 수 있습니다.또한 락스 냄새가 살균 작용을 한다는 오해가 있으나, 그 기체를 들이마셔 몸속을 살균한다는 것은 과학적으로 완전히 잘못된 생각입니다. 락스는 표면 소독에는 효과적이지만, 인체 내부의 세포에는 독성으로 작용하기 때문에 들이마시는 것은 결코 이로울 수 없습니다.이미 폐기능 저하 증상이 느껴지신다면, 즉시 공기 순환이 잘되는 곳으로 이동하시고 물을 조금씩 마셔 점막을 보호하며 증상이 지속되거나 호흡이 불편하면 호흡기내과 진료를 꼭 받으셔야 합니다. 의사는 폐확산능(DLCO) 검사나 흉부 X-ray를 통해 염소계 노출로 인한 손상 여부를 확인할 수 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.수돗물에는 소량의 칼슘(Ca²⁺)과 마그네슘(Mg²⁺) 같은 경도 성분이 녹아 있는데요 칫솔을 헹군 후 남은 물방울이 칫솔걸이 위에서 증발하면, 물에 녹아 있던 이온들이 남으면서 백색의 결정성 물질인 탄산칼슘, 탄산마그네슘 형태로 침착됩니다. 이는 마치 주전자나 수도꼭지 주변에 생기는 흰 석회질과 같은 원리입니다.또한 양치 후 칫솔에 남은 치약 성분도 일부 떨어지며 함께 말라붙을 수 있습니다. 치약 속의 연마제인 이산화규소, 실리카나 계면활성제가 물에 잘 녹지 않은 채 건조되면, 하얗게 굳어버리면서 하얀 막이나 결정처럼 보이게 됩니다. 이 성분은 석회질과 섞여 더 단단한 하얀 찌꺼기를 형성하기도 합니다. 감사합니다.

안녕하세요.질문해주신 것과 같이 같은 인간인데 왜 피지컬이 이렇게까지 다를까? 하는 부분은 인류학, 유전학, 생리학과 관련이 있는데요 우선 인간은 모두 하나의 종이지만, 서로 다른 환경에서 수만 년 동안 살아오며 자연선택에 의한 적응이 축적되었습니다. 즉, 피지컬의 차이는 대부분 환경에 맞게 발달한 유전적 특성의 차이입니다. 몽골계나 북방계 인류는 주로 기온이 낮고, 대륙성 기후에서 살아온 사람들이며 이런 환경에서는 체온 보존이 중요했기 때문에, 몸통이 짧고, 팔·다리 길이가 상대적으로 짧은 체형이 유리했습니다. 이는 체표면적을 줄여 열 손실을 줄이는 방향으로 진화한 결과입니다. 또한 목축과 유목생활로 인해 근육 발달과 체력 유지 능력이 강하게 선택되었습니다. 마오리족 (뉴질랜드 폴리네시아계)은 남태평양의 섬에서 오랜 항해 생활을 하던 조상으로부터 이어진 집단이며 이들은 장거리 항해, 노젓기, 근력 중심의 생활에 적응하면서 근육량이 많고, 어깨 폭이 넓고, 심폐 기능이 강한 체형이 발달했습니다. 이런 체질은 현대에도 운동 능력이나 근육 성장 반응이 뛰어난 것으로 이어집니다. 결국 두 집단 모두 환경적 압력인 기후, 생존 방식, 식습관 등에 따라 몸이 살아남기 좋은 방향으로 유전적 선택을 받아 온 결과입니다.두 집단, 예를 들어서 몽골계 + 마오리계가 섞여 2세가 태어날 경우, 각 부모가 가진 유전자의 절반씩을 무작위로 물려받습니다. 동일한 유전자를 받을 확률은 보통 50%지만, 이건 같은 유전자 좌위 기준입니다. 즉, 예를 들어 부모 모두에게 ACTN3 유전자가 있다면, 그 자리 자체는 동일하지만 변이는 다를 수 있습니다. 따라서 자녀는 한쪽의 근육 관련 유전자형, 다른 쪽의 대사형 유전자형을 함께 가져 새로운 조합을 형성하게 됩니다. 이 조합은 매우 다양해서, 어떤 아이는 한쪽 집단의 특성을 더 강하게, 또 다른 아이는 양쪽의 중간형으로 나타나기도 합니다.즉, 혼합될 경우 동일 유전자를 그대로 받는 경우는 일부 있지만, 대부분은 서로 다른 유전자형이 섞여 새로운 표현형을 만든다고 보시면 됩니다. 감사합니다.

안녕하세요.말씀하신 Hox13 유전자는 척추동물의 사지 발생을 조절하는 핵심 유전자로, 같은 유전자이지만 서로 다른 형태를 만들어내는 진화적 다양성의 대표적인 예인데요, Hox 유전자는 몸의 앞뒤 축(머리→꼬리)과, 사지 내에서는 가까운 쪽에서 먼 쪽으로의 위치를 결정하는 좌표를 제공합니다. 그중 Hox13 계열(Hoxa13, Hoxd13)은 사지 끝부분인 손가락·발가락, 지느러미 말단 구조를 형성하는 데 관여합니다. 즉, 쥐에서는 손가락·발가락 구조 형성, 박쥐에서는 날개 끝부분의 연장된 손가락 구조, 물고기에서는 지느러미 말단의 지지골 형성같은 유전자가 작용하지만, 결과물의 형태는 서로 다릅니다. 감사합니다.

안녕하세요. 말씀하신 대로 촉매 반응기의 온도 제어는 화학 공정에서 생산 효율과 반응 안정성을 결정짓는 핵심 변수 중 하나인데요 온도는 반응 속도, 반응 선택도, 촉매의 활성도 및 수명에 모두 영향을 미치기 때문에, 이를 정밀하게 조절하는 것이 효율적인 촉매 반응의 기본 원리입니다. 우선 화학 반응 속도는 온도에 따라 급격히 변하는데요 온도가 상승하면 지수 함수적으로 반응 속도 상수(k)가 증가합니다. 즉, 일정한 범위에서는 온도를 높이면 촉매 반응 속도도 증가하여 생산 효율이 향상됩니다. 하지만 이 효과는 무한정 유지되지 않고 일정 온도 이상이 되면 다른 요인들이 개입하게 됩니다.촉매 반응에서는 하나의 반응물로부터 여러 가지 생성물이 만들어질 수 있는데요, 이때 온도는 반응 경로 중 어떤 경로가 우세하게 진행될지를 결정합니다. 낮은 온도에서는 활성화 에너지가 낮은 반응 경로가 우세하고 높은 온도에서는 활성화 에너지가 더 큰 반응 경로도 가능해지므로, 부반응이 발생하기 쉬워집니다.예를 들어, 암모니아 합성 반응(N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃)에서는 고온일수록 속도는 빨라지지만, 평형상 암모니아의 수율은 오히려 감소합니다.즉, 속도와 수율 사이의 균형을 잡는 최적 온도가 존재하는 것입니다.또한 촉매는 일반적으로 금속, 산화물, 제올라이트 등으로 이루어져 있으며, 온도 변화에 매우 민감한데요 너무 낮은 온도에서는 촉매 표면의 반응물이 충분히 활성화되지 않아 활성점이 효율적으로 이용되지 못합니다. 너무 높은 온도에서는 촉매 입자의 소결로 인해 입자가 뭉치며 표면적 감소하고 탈활성화되어 표면 구조 변화, 탄소 침적되므로 촉매 수명이 단축될 수 있습니다.결과적으로, 촉매 반응기는 온도 변화에 따라 활성도와 수명이 직접적으로 영향을 받기 때문에, 일정한 온도 유지가 매우 중요합니다. 감사합니다.

안녕하세요.질문해주신 ‘엔트로피(entropy)’는 물리학과 화학에서 매우 중요한 개념으로, 어떤 계의 무질서도나 에너지의 분산 정도를 나타내는 양입니다. 조금 더 쉽게 말씀드리면, 엔트로피는 어떤 상태가 얼마나 불규칙하고 무질서한가를 수치로 표현한 값입니다.엔트로피는 처음에 열과 에너지 변화를 다루는 열역학에서 등장했는데요 열역학 제2법칙에 따르면, 고립된 계의 엔트로피는 항상 증가하거나 일정합니다. 즉, 외부와 에너지나 물질을 주고받지 않는 닫힌계에서는 자연스러운 변화가 일어날수록 엔트로피는 증가하는 방향으로 진행됩니다. 예를 들어서 얼음이 녹아 물이 되는 과정,향이 방 안에 퍼지는 과정, 뜨거운 물과 찬물이 섞여 미지근한 물이 되는 과정 등은 모두 엔트로피가 증가하는 방향의 변화입니다. 이런 변화들은 모두 자연적으로 일어나는 변화이기도 합니다. 즉, 엔트로피는 비가역성을 설명해주는 물리적 지표이기도 합니다.일상적인 비유로 이해해보자면 엔트로피를 방의 청소 상태로 비유하면 이해하기 쉬운데요 깨끗하게 정리된 방은 질서가 높고 엔트로피가 낮고 시간이 지나며 자연스럽게 어질러진 방은 무질서가 커지고 엔트로피가 증가합니다. 즉, 아무런 에너지를 들이지 않으면 무질서, 엔트로피는 자연스럽게 증가합니다. 이것이 바로 엔트로피의 기본적인 성질이라고 할 수 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.네 말씀해주신 것과 같이 화학 반응은 일반적으로 반응물이 생성물로 변하기 위해 일정한 에너지 장벽, 즉 활성화 에너지를 넘어야 진행되는데요 이때 활성화 에너지는 반응물의 결합을 끊고 새로운 결합을 형성하기 위해 필요한 최소한의 에너지로, 반응 속도를 결정하는 핵심 요인입니다.촉매는 화학 반응의 경로를 바꿔서 활성화 에너지를 낮추는 역할을 합니다. 하지만 반응 전후의 전체 에너지 차이인 반응 엔탈피 변화 ΔH는 변하지 않습니다. 촉매가 작용할 때의 에너지 변화 과정은 비촉매 반응의 경우에는 반응물이 생성물로 바뀌기 위해 높은 에너지 장벽을 넘어야 합니다. 이때 분자들은 충분한 운동에너지를 가져야 충돌 시 결합이 끊어지고 새로운 결합이 만들어질 수 있습니다. 활성화 에너지가 크면, 충분한 에너지를 가진 입자의 수가 적기 때문에 반응 속도가 느립니다.반면에 촉매가 존재할 때,촉매는 반응물이 일시적으로 촉매와 결합하는 새로운 경로를 제공합니다. 이 과정에서 기존 결합이 약화되거나 중간 상태가 형성되어, 반응이 더 적은 에너지로 진행됩니다. 결과적으로 활성화 에너지가 낮아져, 같은 온도에서도 훨씬 더 많은 입자가 반응에 참여할 수 있는 것입니다.활성화 에너지가 낮아지면, 아레니우스 식에 따라 반응 속도 상수 가 커지게 됩니다. 즉, 촉매는 반응 평형을 바꾸지 않지만 평형에 도달하는 시간을 단축시킵니다. 감사합니다.

안녕하세요.빨래 후 옷감이 뻣뻣해지는 주요 원인은 물속의 석출 반응 때문이라기보다는, 세탁 후 남은 미세한 무기물과 섬유 내 수분·세제 잔여물이 증발하면서 생기는 물리화학적 변화 때문이며 그 과정에 석출 반응이 일부 관여하는 것은 사실입니다.우선 수돗물에는 칼슘(Ca²⁺), 마그네슘(Mg²⁺) 이온이 녹아 있으며 이런 물을 경수라고 부릅니다. 세탁 후 옷감이 마르는 과정에서, 물이 증발하면 다음과 같은 불용성 염의 석출 반응이 일어납니다. 즉, 물속의 탄산이온(CO₃²⁻)과 칼슘이온이 결합해 탄산칼슘(CaCO₃)이라는 하얀 고체가 생기는데, 이 고체가 섬유 표면에 아주 얇게 달라붙고 이러한 미세한 무기질 입자가 섬유의 부드러운 유연성을 방해하여 빳빳하고 거친 촉감을 만드는 원인 중 하나가 됩니다.또한 세탁 후 건조 과정에서 섬유 내부의 수분이 완전히 증발하면, 섬유를 구성하는 셀룰로오스분자들 사이에 있던 수소결합이 단단하게 다시 형성되며 이때 섬유들이 서로 밀착되어 굳어지면서 뻣뻣한 질감을 느끼게 됩니다. 즉, 이는 화학적 결합의 재배열로 인한 경직 현상으로, 석출 반응과 함께 작용하는 또 다른 중요한 원인이라고 할 수 있습니다. 감사합니다.