답변 내역

안녕하세요.동물세포 속에 존재하는 적혈구는 세포막으로 둘러싸여 있기 때문에 물은 비교적 자유롭게 통과하나 이온이나 단백질은 거의 통과하지 못합니다. 따라서 적혈구의 부피 변화는 용매인 물에 의해 결정되는 것인데요, 이때 이동은 농도 차이에 의해 생기는 삼투에 따릅니다. 저장액인 증류수에 적혈구를 넣을 경우 내부에 용질이 많은 상태이므로 외부의 물이 더 빠르게 세포 안으로 들어오며 적혈구는 점점 팽창하다가 터지는데, 이를 용혈이라고 합니다. 반면에 고장액의 경우에는 외부 용액에 더 많은 용질이 존재하다보니 적혈구 내부의 물이 빠르게 밖으로 빠져나가면서, 적혈구가 점차 쪼그라들게 됩니다. 마지막으로 등장액의 경우에는 세포 내부와 외부의 용질 농도가 거의 같기 때문에, 물이 양방향으로 이동하더라도 그 속도가 동일하다보니 순이동이 0이 되고, 적혈구의 부피는 일정하게 유지되는 것입니다. 이 상태를 삼투 평형이라고 하며, 열역학적으로는 양쪽의 물의 화학 퍼텐셜이 같아진 상태라고 보시면 됩니다. 앞사 말한 이 삼투 원리가 정맥 주사액의 농도를 혈액과 맞춰야 하는 이유와 연관이 있는데요, 만약 주사액이 증류수처럼 저장액이었다고 한다면 혈액 속 적혈구로 물이 급격히 유입되어 용혈이 일어나서 생명에 치명적일 수 있습니다. 반대로 고장액을 주입하면 적혈구가 수축하여 정상적인 산소 운반 기능을 수행하지 못하게 되므로 주사액은 반드시 혈장과 거의 동일한 삼투압을 가지도록 조절해야 하는 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요.추출이란 서로 섞이지 않는 두 용매를 용질의 분배 차이를 이용해 분리하는 방법인데요, 이때 용해도가 가장 중요한 기준이라고 할 수 있습니다. 즉 분리하고자 하는 물질이 더 잘 녹는 쪽의 용매를 선택해야 하는데요, 비극성 유기 화합물은 극성용매인 물보다 에테르나 헥산과 같은 유기용매에 더 잘 녹습니다. 따라서 물층과 유기층 사이에서 용질이 한쪽으로 더 많이 이동하게 되어 분리가 가능해집니다. 또한 두 용매가 서로 섞이지 않아야 층이 분리되어 추출이 가능한데요, 따라서 물–유기용매와 같이 서로 섞이지 않는 시스템이 많이 사용됩니다. 실험적으로는 밀도 역시 중요한 요소입니다. 밀도 차이에 의해 두 층이 위아래로 분리되는데요, 클로로포름과 같이 물보다 밀도가 큰 용매는 아래에 위치하고, 에테르처럼 밀도가 작은 용매는 위에 위치하며, 분별깔때기에서 어떤 층을 먼저 빼내고자 하는지를 결정할 때 중요합니다. 다음으로 말씀해주신 것처럼 적은 양으로 여러 번 추출하는 것이 더 효율적인 이유는 분배 계수에 따른 평형 분배의 반복 효과 때문인데요, 한 번의 추출에서는 용질이 완전히 한쪽으로 이동하지 않습니다. 이때 두 용매 사이에 일정 비율로 나뉘어 평형을 이루다보니 한 번에 많은 양의 용매를 사용해도 일부 용질은 여전히 원래 층에 남게 됩니다. 반면에 적은 양의 용매로 여러 번 반복하면 매번 새로운 평형이 형성되면서 남아 있던 용질이 계속해서 다른 층으로 이동하기 때문에 적은 양의 용매로 여러 번 추출을 하는 것이 더 효율적인 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요.아미노산은 산성기와 염기성기를 동시에 갖기 때문에 수용액에서 쯔비터 이온의 형태로 존재하는 것입니다. 물은 극성 용매로서 양성자를 주고받는 반응을 안정화시키는데요, 따라서 아미노산 내부에서는 자연스럽게 양성자 이동이 나타납니다. 즉, 산성기인 카복실기(–COOH)는 H⁺를 내놓아 –COO⁻가 되고, 염기성기인 아민기(–NH₂)는 H⁺를 받아 –NH₃⁺가 되며, 이처럼 한 분자 안에 양전하와 음전하가 동시에 존재하는 전기적으로 중성인 쯔비터 이온이 형성됩니다.이 상태는 특정 pH에서 특히 안정한데요, 각 작용기의 pKa 값과 용액의 pH가 균형을 이루면서 가장 낮은 자유에너지 상태를 만들기 때문입니다. 우선 산성 조건에서는 용액에 H⁺가 많기 때문에 아미노산은 수소 이온을 받아들여서 전반적으로 양전하를 띠게 됩니다. 반면에 염기성 조건에서는 용액 내에 H⁺가 부족하므로 양성자를 잃어 음전하를 띠게 되는데요, 이 사이에서 pH에서 양전하와 음전하가 정확히 같아지는 지점이 존재하며, 이를 등전점이라고 합니다. 이때 단백질 또는 아미노산의 알짜 전하는 0이 됩니다. 이 등전점에서 용해도가 가장 낮은 이유는 전기적 상호작용과 관련이 있는데요, 원래 단백질이 용액에 잘 녹으려면 분자 표면에 전하가 존재해야 합니다. 하지만 등전점에서 전체 전하가 0이 되면 반발력이 사라지기 때문에 쉽게 응집되는 것입니다. 또한 쯔비터 이온의 상태에서는 분자 내부의 양전하와 음전하가 서로 상호작용하기 때문에 물 분자와의 상호작용이 감소됩니다. 이 때문에 용해도가 낮아진다고 보시면 됩니다. 감사합니다.

안녕하세요.금속 내부에 존재하는 전자는 흔히 자유전자라고 불리지만, 금속 표면을 벗어나기 위해 일정한 최소 에너지인 일함수를 반드시 넘어야 하는데요, 일함수는 금속 종류마다 서로 다른 고유한 값입니다. 만약 빛의 진동수가 낮다면, 각 광자가 가지는 에너지가 일함수보다 작기 때문에, 아무리 많은 광자를 동시에 쪼여주더라도 개별 전자는 필요한 에너지를 한 번에 얻지 못합니다. 즉, 여러 광자의 에너지가 합산되어서 전자를 튀어나오게 하는 것이 아니라, 전자 하나는 광자 하나와 상호작용하여 에너지를 받는 일대일 과정입니다. 따라서 기준 이하의 에너지를 가진 광자는 아무리 많아도 전자를 방출시킬 수 없습니다. 반대로 진동수가 문턱 진동수 이상이면, 한 개의 광자가 일함수보다 큰 에너지를 전달할 수 있기 때문에 전자는 즉시 금속 밖으로 튀어나오며, 남는 에너지는 전자의 운동에너지로 전환됩니다. 즉, 광자 에너지는 일함수와 전자의 운동에너지를 합산한 값입니다. 다음으로 빛의 세기는 광자의 수와 관련이 있는데요, 앞서 말했듯이 진동수가 문턱진동수 이상일 때 빛의 세기를 증가시키면 더 많은 광자가 들어와 더 많은 전자가 방출됩니다. 하지만 이때 개별 전자의 에너지에는 변동이 없는데요, 즉 빛의 세기는 방출되는 전자이 수를 결정한다고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.

안녕하세요.반투막을 사이에 둔 삼투 현상은 용매의 화학 퍼텐셜 차이가 사라지는 방향으로 진행되는 열역학적 평형 과정인데요, 용질은 반투막을 통과하지 못하고, 용매만 통과할 수 있습니다. 즉 순수한 물과 용액을 비교했을 때 용질이 녹아 있는 쪽에서는 물 분자의 무질서도가 증가하지만 물의 화학 퍼텐셜은 더 낮아집니다. 따라서 물은 화학 퍼텐셜이 높은 쪽인 순수한 물에서 용질이 있는 낮은 쪽으로 이동하려고 합니다. 이 이동을 삼투압이라고 하는데요, 따라서 시간이 지나면 용액 쪽의 액면이 상승하고 압력이 증가하는데, 어느 순간에는 더 이상 물이 이동하지 않는 상태에 도달하며 이 상태가 바로 열역학적 평형입니다. 이때 용액 쪽은 이미 낮은 화학 퍼텐셜을 가지므로, 이를 맞추기 위해 외부에서 압력이 작용해야 하는데, 이때 평형을 만들기 위해 필요한 압력이 바로 삼투압입니다. 즉, 농도가 높을수록 더 큰 압력이 필요하게 됩니다.이 원리를 반대로 이용한 것이 말씀해주신 역삼투법인데요, 원래 바닷물과 같은 고농도 용액에 대해 자연 상태에서는 물이 바닷물 쪽으로 들어가려 하지만, 외부에서 삼투압보다 더 큰 압력을 가하면 흐름 방향이 반대로 바뀝니다. 즉, 물이 바닷물 쪽에서 반투막을 통과하여 순수한 물 쪽으로 이동하게 되며, 해수를 담수로 만드는 기본 원리입니다. 장치적으로 보면, 고압 펌프로 바닷물에 압력을 가하게 되면 반투막을 통해 물 분자만 통과시키며, 염류의 이동은 차단됩니다. 결과적으로 한쪽에서는 염분이 제거된 담수가 생성되고, 다른 쪽에는 더 농축된 염수가 남게 되는 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요.말씀해주신 것처럼 오존이나 벤젠의 실제 결합길이는 단일 결합보다는 짧지만 이중 결합보다는 긴데요, 이는 오존과 벤젠이 고정된 결합 구조를 가지는 것이 아니라 전자들이 여러 결합에 걸쳐 퍼져 있는 공명 구조를 이루기 때문입니다. 구조식을 표현할 때 오존의 경우 고전적인 루이스 구조로는 한쪽은 이중결합(O=O), 다른 쪽은 단일결합(O–O)으로 표현하지만, 실제 분자는 이 두 구조가 번갈아 존재하는 것이 아니라, 두 구조가 결합된 평균화된 전자 분포를 갖습니다. 따라서두 O–O 결합이 완전히 동일해지고, 각각의 결합 차수는 1과 2의 평균인 약 1.5 정도가 되는데요, 결합 길이는 일반적으로 결합 차수가 클수록 짧아지기 때문에 결과적으로 단일결합보다는 짧고 이중결합보다는 긴 길이를 갖는 것입니다. 다음으로 벤젠의 경우에도 고전적으로는 단일결합과 이중결합이 번갈아 있는 구조로 그려지지만, 실제로는 6개의 π 전자가 고리 전체에 걸쳐 완전히 퍼져 있는 완전한 비편재화 구조를 이루기 때문에 모든 C–C 결합이 동일합니다. 따라서 각각의 결합은 약 1.5의 결합 차수를 갖는 상태가 되며, 때문에 모든 결합 길이가 동일하면서도 단일결합보다 짧고 이중결합보다 긴 값으로 나타납니다. 이처럼 결합이 특정 위치에 고정된 것이 아니라 전체 구조에 비편재화되어 있기 때문에 분자 전체의 에너지는 더 낮아지며 안정성 역시 증가합니다. 감사합니다.

안녕하세요.유지로 비누를 만드는 과정은 지방의 염기 가수분해인 비누화 반응인데요, 유지의 주성분은 글리세롤에 세 개의 지방산이 에스터 결합으로 연결된 트라이글리세라이드이며, 여기에 강염기인 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 가하면 반응이 진행됩니다. 이 반응의 화학적 메커니즘은 에스터의 염기 촉매 가수분해인데요, 수산화이온이 에스터 결합의 카보닐 탄소를 친핵성 공격하면, 일시적으로 사면체 중간체가 형성된 이후 결합이 재배열되면서 에스터 결합이 끊어집니다. 결과적으로 글리세롤과 지방산의 음이온이 생성되며, 이후 Na⁺ 또는 K⁺와 결합하여 지방산 염인 비누가 됩니다. 이 반응은 생성물이 이온 형태로 안정하기 때문에 역반응이 거의 일어나지 않는다는 특징이 있습니다.비누 분자는 양친매성 구조를 갖는데요, 한쪽은 긴 탄화수소 사슬로 이루어진 소수성기이고, 다른 한쪽은 –COO⁻ 형태의 친수성기입니다. 이때 물속에서 비누 분자는 무작위로 퍼져 있는 것이 아니라, 일정 농도 이상이 되면 미셀이라는 구조를 형성하는데요, 이때 소수성 꼬리는 물을 피하기 위해 안쪽 방향으로 배치되고, 친수성 머리는 바깥쪽으로 향해 물과 접촉하는 배열을 취합니다. 따라서 물속에 기름때나 지방이 존재하면, 비누의 소수성 부분이 그 기름과 결합하여 내부에 끌어들이고, 친수성 부분은 바깥에서 물과 상호작용하면서 전체 구조를 안정화하면서 기름때가 물속에 미세한 입자 형태로 유화되어 씻겨 나가게 되는 것입니다. 또한 비누는 물의 표면장력을 낮춰주는데요, 물은 수소결합으로 인해 표면장력이 높은데, 비누 분자가 물-공기 경계면에 배열되면서 물 분자 간의 응집력을 약화시킵니다. 이로 인해 물이 더 잘 퍼지고 섬유나 표면 틈으로 침투하게 되어, 오염물질을 효과적으로 분리하고 제거할 수 있게 됩니다. 감사합니다.

안녕하세요.질문 주신 상황 위생적으로 문제가 될 수준의 내부 오염 가능성은 낮습니다. 수분이 얼마나 오래 유지되었는지가 핵심인데요, 곰팡이나 세균이 실제로 내부까지 침투해 증식하려면 충분한 수분이 일정 시간 이상 유지되고 공기와 온도가 적절해야 합니다. 말씀하신 상황에서는 바닥이 약간 축축했고, 접촉 시간도 2~3분 정도로 매우 짧은 편이기 때문에,봉제인형 겉면이 살짝 젖을 수는 있어도, 내부 충전재 깊숙이까지 물이 스며들 가능성은 크지 않습니다. 특히 이후에 젖은 상태가 지속되지 않고 자연 건조되었다면, 미생물이 증식할 환경이 오래 유지되지 않았다는 뜻이기 때문에 위험성은 크게 떨어집니다.다음으로 충분히 건조된 상태에서 비닐로 덮인 경우라면 오히려 외부 오염을 막는 효과가 있을 수 있고 반면에 덜 마른 상태에서 밀봉되었다면 내부 습기가 갇혀 곰팡이 발생 가능성이 증가할 수 있는데요, 젖은 상태가 지속되지 않았다고 하셨기 때문에, 전자의 경우일 가능성이 높습니다. 게다가 곰팡이가 실제로 문제를 일으키려면 눈에 보이는 곰팡이, 퀴퀴한 냄새나 얼룩 같은 흔적이 동반되는 경우가 많기 때문에 이런 변화 없이 1년 이상 보관되었다면, 내부에서 활발한 증식이 일어났을 가능성은 낮다고 보입니다. 감사합니다.

안녕하세요.공룡의 피부는 종에 따라 매우 다양했을 것으로 여겨지는데요, 말씀해주신 것처럼 과거에는 영화처럼 전부 도마뱀 같은 비늘 피부로 생각되었습니다. 우선 비늘을 가진 공룡도 분명 존재했는데요, 피부가 찍힌 화석을 보면, 일부 공룡은 악어나 도마뱀처럼 작은 비늘이 촘촘히 배열된 형태를 가지고 있었습니다. 하지만 많은 공룡에서 깃털에 가까운 구조가 발견되었는데요, 벨로시랩터나 시노사우롭테릭스 같은 수각류 공룡에서는 실제로 털처럼 보이는 섬유 구조가 화석으로 남아 있습니다. 이러한 깃털은 단순히 날기 위한 것이 아니라, 체온 유지, 의사소통, 짝짓기 과시 등의 역할을 했을 가능성이 크며 당시 지구는 전반적으로 따뜻한 시기도 있었지만, 지역과 시기에 따라 기온 차이가 있었기 때문에 일부 공룡은 체온 조절을 위해 이런 구조가 필요했을 것으로 보입니다. 감사합니다.

안녕하세요.올려주신 사진 속 새는 비둘기가 맞으며 국내에서 흔히 보는 집비둘기로 보입니다. 다만 우리가 흔히 보는 회색 비둘기와 달리 깃털 색 변이가 있는 개체이기 때문에 특이하게 생각하실 수도 있을 것 같습니다. 집비둘기는 원래 인간에 의해 오랫동안 사육되던 종이 도시에서 야생화된 경우가 많기 때문에 회색뿐 아니라 흰색, 검정, 얼룩무늬, 갈색 등 색깔이 매우 다양하게 나타납니다. 사진 속 개체는 몸 전체가 흰색에 가깝고 일부 검은 반점이 섞여 있는 얼룩 형태이며 이는 유전적인 색깔 차이라서 자연스러운 개체입니다. 감사합니다.