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화학1 심화주제 탐구 수행평가 동위 원소
화학 반응에서 반응물과 전이 상태사이의 최소한의 에너지 차이를 활성화 에너지라고 하는데요, 경수소–X 결합은 진동수가 커서 영점에너지가 높기 때문에, 결합을 끊고 전이 상태로 가는 데 필요한 추가 에너지가 상대적으로 작습니다. 반대로 중수소–X, 삼중수소–X 결합은 영점에너지가 낮아, 실제로 필요한 활성화 에너지가 더 커지게 되는데요 그 결과, 동위원소 질량이 클수록 반응 속도가 느려지는 경향이 나타납니다. 이를 1차 동위원소 효과라고 부릅니다. 말씀해주신 것과 같이 질량이 커질수록 결합 진동수가 작아짐에 따라서 영점에너지가 낮아지고, 전이 상태로 넘어가는 데 필요한 에너지가 커져서 반응 속도가 느려지는 것이 맞습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.10
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요즘은 특히 광물중에 텅스텐이 각광받고 있다고 하는데요 텅스텐은 주로 어떤곳에 쓰이는가요
질문해주신 텅스텐(W)은 원자번호 74에 해당하는 은백색 금속으로, 녹는점이 모든 금속 중 가장 높은 약 3,422 ℃에 달하고, 밀도도 철의 약 2.5배로 매우 무거운데요 단단하면서도 열과 마모에 강하고, 전기·열 전도율도 우수하기 때문에 산업 전반에서 ‘전략 금속’으로 불립니다.우선 텅스텐 탄화물(WC)은 다이아몬드 다음으로 단단한 물질 중 하나인데요 따라서 절삭공구, 드릴, 선반날, 광산 채굴 장비, 기계 가공용 날 등에 사용되며, 전 세계 텅스텐 소비량의 절반 이상이 이 분야에 쓰입니다.또한 녹는점이 높아 백열전구 필라멘트로 오랫동안 사용되어 왔는데요 진공관, X선 튜브, 전자빔 장비의 전극 소재로도 여전히 활용되고 있으며 반도체 장치에서 배선재, 접점 재료로 쓰이기도 합니다.이외에도 높은 밀도와 강도를 이용해 탱크 장갑판, 대전차탄, 탄자 등에 사용되고 있으며 납을 대체하는 친환경 고밀도 소재로도 각광받고 있습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.10
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PH 조건이 용해도에 영향을 미치는 원리는 무엇인가요?
질문해주신 것과 같이 pH가 용해도에 영향을 미치는 원리는 크게 용해 평형과 이온의 산염기 반응성과 관련이 있는데요, 어떤 염이 물에 녹을 때 형성되는 용해 평형 식에서 용해도는 이 평형이 어느 방향으로 이동하느냐에 따라 달라집니다. 예를 들어서 AgCl이 물에서 해리된다고 할 때 Cl⁻는 강산 HCl의 짝염기이기 때문에 물 속에서 추가적인 산염기 반응을 거의 하지 않습니다. 따라서 pH가 변해도 Cl⁻ 농도에는 영향이 거의 없고, 용해도도 그대로 유지됩니다.반면에 AgF는 물에서 해리되는데, 여기서 F⁻는 약산 HF의 짝염기이므로, 수소 이온이 증가하면 F⁻가 HF로 전환되면서 자유로운 F⁻ 농도가 감소합니다. 평형은 르샤틀리에 원리에 따라 더 많은 AgF가 녹는 방향으로 이동하며 결과적으로 AgF의 용해도가 산성 환경에서 증가하게 됩니다. 따라서 이를 정리해보자면 염의 음이온이 강산의 짝염기인 경우, 즉 Cl⁻, Br⁻, I⁻, NO₃⁻인 경우는 pH 변화에 영향이 거의 없지만 염의 음이온이 약산의 짝염기인 경우, 예를 들어서 F⁻, CO₃²⁻, S²⁻이면 산성 환경에서 H⁺와 반응해 평형이 이동하여 용해도가 증가하게 됩니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.10
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DNA 복제 과정과는 달리 RNA를 전사할 때에는 따로 프라이머가 필요 없는 이유가 무엇인가요?
네, 말씀해주신 것과 같이 DNA 복제와 RNA 전사는 모두 핵산 합성 과정이지만, 프라이머 필요 유무에서 차이가 납니다. 우선 DNA 복제에 관여하는 효소는 DNA 중합효소인데, 이 효소는 새로운 가닥을 완전히 처음부터 합성하는 능력이 없습니다. 즉, 반드시 기존의 3'-OH 말단이 있어야 그 뒤에 새로운 뉴클레오타이드를 이어 붙일 수 있습니다. 따라서 DNA 복제에서는 프라이메이스가 짧은 RNA 프라이머를 합성하여 3'-OH 말단을 제공하고, 그 뒤를 DNA 중합효소가 이어받아 합성을 진행하게 됩니다. 반면에 RNA 전사에 관여하는 효소는 RNA 중합효소인데요, 이 효소는 DNA 중합효소와 달리, 스스로 첫 번째 뉴클레오타이드를 합성할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 즉, RNA 중합효소는 전사 개시 위치의 DNA 주형 가닥에 결합한 후, 첫 번째 리보뉴클레오타이드(rNTP)의 3'-OH를 자체적으로 제공하여 다음 뉴클레오타이드를 연결할 수 있기 때문에 별도의 프라이머가 필요하지 않는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.10
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미토콘드리아와 엽록체는 세포 분열 시기의 어느 시점에 복제가 이루어 지나요?
말씀하신 대로 미토콘드리아와 엽록체는 이중막 구조, 고유의 환형의 이중나선 DNA, 70S 리보솜, 그리고 독자적인 단백질 합성 시스템을 갖추고 있어 세포 내에서 일정 수준의 자율성을 지니는데요, 원래 핵 DNA는 세포주기에서 S기 동안 일괄적으로 복제됩니다. 그러나 미토콘드리아와 엽록체의 DNA는 핵과 달리 세포 주기의 특정 단계에만 제한되지 않고, 세포가 살아 있는 동안 연속적으로 복제될 수 있습니다. 또한 세포가 분열기에 진입하기 전에는 미토콘드리아와 엽록체의 복제가 활발해져, 새로 분열할 두 딸세포에 충분히 분배될 수 있도록 수를 늘리는데요 하지만 이 복제는 핵 DNA처럼 한 번만 일어나는 것이 아니라, 세포의 대사 상태, 에너지 수요, 환경 조건에 따라 수시로 조절됩니다.마지막으로 세포분열이 진행되는 과정에서는 새로 형성된 미토콘드리아와 엽록체가 능동적으로 방추사에 의해 나뉘는 것이 아니라, 세포질 분열 과정에서 무작위적, 확률적으로 분배됩니다. 따라서 분열 전에 복제가 충분히 이루어져 있어야 양쪽 딸세포가 정상적인 기능을 유지할 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.10
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위상차 현미경의 원리는 무엇인가요?
일반적인 광학 현미경에서 살아 있는 세포를 그대로 관찰하면 대부분 무색 투명하기 때문에, 빛이 거의 흡수되지 않고 단순히 굴절률의 차이만 존재하는데요, 이 경우 망막에는 명암 대비가 거의 생기지 않아서 세포 구조를 뚜렷하게 보기 어렵습니다. 반면에 위상차 현미경은 바로 이 굴절률 차이에 따른 빛의 위상 변화를 명암으로 변환시켜 보여주는 장치입니다.세포 안의 세포질, 세포핵, 소기관들은 굴절률이 조금씩 다릅니다. 굴절률이 높은 부분을 통과한 빛은 속도가 늦어지고, 낮은 부분을 통과한 빛은 상대적으로 빠르게 지나가는데요, 따라서 물질에 따라 빛의 위상이 미세하게 어긋나게 됩니다. 이때 위상 차이만으로는 우리 눈이 감지할 수 없기 때문에, 이 차이를 밝기의 차이로 변환해야 합니다.위상차 현미경에는 특별한 위상판이 장착되어 있는데요, 세포를 통과하지 않고 그대로 들어온 직접광은 위상판에서 강제로 위상을 더 지연시키거나, 때로는 강도를 줄여 줍니다. 반면 세포 내부를 지나면서 산란된 회절광은 위상판에서 거의 영향을 받지 않습니다. 이렇게 위상이 달라진 직접광과 회절광이 다시 합쳐지면, 간섭 현상에 의해 특정 부분은 밝게, 다른 부분은 어둡게 나타나게 되는 것인데요, 굴절률이 높은 부분은 위상 지연이 커져 상대적으로 어둡게 보이며 굴절률이 낮은 부분은 밝게 보이게 되는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.10
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핵형 분석 시에 저장액을 처리하면 적혈구와 혈소판이 용혈되는 원리는 무엇인가요?
말씀해주신 것과 같이 핵형 분석 과정에서 사용하는 저장액 처리로 적혈구와 혈소판을 제거할 수 있습니다. 우선 저장액은 혈장보다 낮은 삼투압을 가지고 있는데요 세포가 저장액에 노출되면, 삼투압 차이 때문에 물이 세포 안으로 유입됩니다. 그 결과, 삼투압에 약한 세포들은 팽창하다가 용혈 되어 파괴됩니다. 이때 저장액 환경이 주어지면 적혈구는 핵이 없는 세포로서, 세포 내부의 삼투압 조절 능력이 제한적이기 때문에 저장액에 노출되면 물이 빠르게 들어오지만, 이를 조절할 소기관이나 기작이 부족해 곧바로 팽창 후 용혈됩니다. 다음으로 혈소판 역시 핵이 없는 세포 파편이므로, 삼투압에 매우 취약하기 때문에 저장액 환경에서 쉽게 붕괴됩니다. 반면에 백혈구는 핵과 다양한 세포소기관을 가진 진핵세포로서, 세포골격과 세포막 안정성이 상대적으로 강한데요 따라서 삼투압 변화에 일정 부분 대응할 수 있으며, 완전히 용혈되지 않고 세포 형태를 유지할 수 있습니다. 오히려 저장액 처리 덕분에 백혈구의 핵이 팽창하여 염색체가 퍼지고 잘 펼쳐져 관찰하기 좋은 상태가 됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.10
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황세균과 달리 홍세균은 역전자 전달을 수행하는 이유가 무엇인가요?
황세균은 단순한 무기물, 예를 들자면 황화수소를 전자공여체로 사용하는 무산소 광합성 세균인데요 광계(P680 유사 구조) 하나를 이용하여 순행적 전자 전달만 수행합니다. 순행적 전자 전달에서는 전자 → 전자수용체 → NAD(P)⁺ 환원 → 탄소 고정 과정이 일어나며, ATP는 주로 광화학적 구동력으로 합성됩니다. 이때 황세균은 주로 NAD(P)H 생성에 큰 부담이 없고, ATP 요구량도 상대적으로 낮아 역전자 전달이 필요하지 않습니다.반면에 홍세균은 단일 광계(P870)를 사용하며, 무산소 조건에서 유기물 또는 H₂S 등 다양한 전자공여체를 이용합니다. 하지만 P870에서 순행적 전자 전달만으로는 NAD(P)H를 충분히 생성하기 어려우며, NAD(P)H를 환원시키려면 전자 운반체의 전위가 충분히 낮아야 하는데, P870 광계 단일로는 직접 NAD(P)H를 환원할 수 있는 충분한 에너지가 없습니다. 따라서 홍세균은 ATP 생성과 NAD(P)H 생성을 분리할 필요가 있는데요, 홍세균은 단일 광계 구조로 NAD(P)H를 충분히 만들 수 없기 때문에, ATP와 환원력 생성 요구를 분리하기 위해 역전자 전달을 수행하는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.10
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진화론의 증거에 대해서 알려주세요!!
진화론의 증거로는 첫번째로 '상동기관'이 있습니다. 서로 다른 종에서 구조는 다르지만, 공통 조상에서 유래한 기관을 말하는데요 예를 들자면 포유류의 앞다리 뼈 구조는 형태와 기능이 달라도 뼈 배열이 유사합니다. 두번째로는 '상사기관'이 있는데요 형태나 기능은 비슷하지만, 진화적 기원은 다른 기관을 의미하며 새와 곤충의 날개를 예로 들 수 있고, 상사기관은 수렴진화를 보여주며, 환경 적응이 독립적으로 일어났음을 증명합니다. 세번째로는 '잔재기관'이 있는데요, 과거 조상에서 기능이 있었으나 현재는 거의 또는 전혀 기능이 없는 기관을 의미하는 것으로 인간 꼬리뼈, 고래의 후지돌기를 예로 들 수 있으며 이는 과거 진화사의 흔적을 나타냅니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.10
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광합성에는 빛이 필요한데 왜 콩나물을 키울 때는 검은 비닐봉지를 씌워놓나요?
네, 말씀해주신 것과 같이 일반적으로 식물은 광합성을 통해 포도당을 합성하며, 이 과정은 빛이 필요합니다. 빛은 엽록체 내 광계에서 전자를 들뜨게 하고, 이를 통해 ATP와 NADPH를 생성하여 CO₂와 H₂O로부터 탄수화물을 합성하는 데 사용되는데요, 따라서 대부분의 식물은 빛이 있어야 정상적으로 성장하며, 잎이 녹색으로 발달합니다. 하지만 콩나물은 흔히 암조건, 즉 빛이 거의 없는 상태에서 재배되는데요 검은 비닐봉지를 씌워 어둡게 만드는 이유는 빛을 차단하여 엽록소 합성을 억제하여 줄기와 잎이 연한 색으로 자라게 하고 줄기 연장을 촉진하여 길고 연한 콩나물을 얻기 위함입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.10
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