안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
생물·생명
Q. 진화와 생물종의 다양성 사이의 관계??
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 자연선택을 포함한 진화 과정과 종 다양성 사이의 관계는 단순히 증가만으로 설명되지 않는데요, 진화란 한 종이 세대를 거치며 유전적 변화를 축적해가는 과정이고, 그 결과가 환경에 어떻게 작용하는지에 따라 다양성은 늘어날 수도 줄어들 수도 있는 것입니다. 종 다양성이 증가하는 경우는 환경이 복잡하고 자원이 다양하게 분포되어 있을 때, 서로 다른 집단이 각각의 서식지나 자원에 적응하면서 적응 방산이 일어나기 때문입니다. 예를 들어 갈라파고스 핀치새들이 서로 다른 부리 형태를 가진 여러 종으로 분화한 것이 대표적인데요, 이런 경우 진화는 종 다양성을 높이는 방향으로 작용합니다.반면에 종 다양성이 감소하는 경우는 환경 변화가 극단적이거나 경쟁이 치열해 특정 형질이 생존에 압도적으로 유리할 경우, 많은 종이나 집단이 도태될 수 있습니다. 예컨대 대멸종 사건에서는 다양성이 급격히 줄었고, 이후 일부 생존 집단만 진화를 이어왔는데요 즉, 진화는 오히려 다양성을 낮추는 결과를 가져올 수도 있는 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 인간 복제를 허용한다면 사회에 어떤 결과가 생길까요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 인간 복제는 단순히 과학 기술의 발전 문제를 넘어 윤리, 법, 사회 전반에 매우 큰 파장을 불러올 수 있는 문제라고 할 수 있습니다. 우선 생물, 의학적인 측면에서 보았을 때 불임 치료나 장기 대체의 가능성이 있는데요, 인간 복제는 불임 부부에게 새로운 대안을 제공하거나, 유전적으로 동일한 개체를 만들어 장기나 조직 이식을 가능하게 할 수 있습니다. 면역 거부 반응이 줄어들 수 있다는 장점이 있습니다. 또한 유전병에 관한 연구를 진행하여, 동일한 유전적 배경을 가진 복제 인간을 활용하면 질병 원인을 연구하거나 신약 개발에 활용될 수 있습니다. 그러나 기술적 위험이 큰데요, 현재 동물 복제에서도 기형, 조기 노화, 낮은 성공률 등의 문제가 발생하며, 인간 복제에서도 마찬가지로 심각한 건강상의 문제가 우려됩니다.또한 윤리적인 측면에서 많은 한계가 따릅니다. 우선 복제 인간을 단순히 대체품이나 실험 재료로 취급할 위험이 있는데요, 이는 인간을 수단으로만 대하는 심각한 윤리적 문제를 일으킬 수 있습니다. 또한 복제 기술이 고가의 서비스로 자리 잡으면 일부 계층만이 이용 가능해, 사회적 불평등이 심화될 수 있습니다. 감사합니다.
화학
Q. 실제 용액의 용해열은 어떻게 표현 할 수 있나요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 실제 용액이 이상용액과 다른 거동을 보이는 핵심적인 이유는 바로 혼합 시의 엔탈피 변화, 즉 용해열 때문입니다. 우선 이상용액은 라울의 법칙을 완전히 따르며, 서로 다른 분자 간 상호작용(A–B)이 동일 분자 간 상호작용(A–A, B–B)과 에너지적으로 같다고 가정하기 때문에, 따라서 혼합 시 엔탈피 변화는 ΔH = 0 입니다. 즉, 단순히 엔트로피 효과만 작용하여 자발적 혼합이 일어나는 것입니다. 반면에 실제 용액에서른 다른 결과가 나타나는데요, 우선 양의 편차의 경우 실제 용액의 증기압이 이상용액보다 높은데, 이는 이종 분자 사이 상호작용(A–B)이 동종 분자 상호작용(A–A, B–B)보다 약하기 때문이며, 따라서 혼합 시 분자들이 서로를 강하게 잡아주지 못하고 더 쉽게 기화되기 때문에 증기압이 높아지는 것입니다. 이때 분자 간 인력이 상대적으로 약해지므로 흡열적이라고 하는 것이고 ΔH > 0이 되는 것입니다. 다음으로 음의 편차의 경우에는 실제 용액의 증기압이 이상용액보다 낮은데요, 이는 이종 분자 상호작용(A–B)이 동종 분자보다 강하기 때문이며, 따라서 혼합 시 분자들이 강하게 잡혀 있어 기화가 어렵고 증기압이 감소합니다. 엔탈피 적으로는 강한 인력 형성하면서 발열적이기 때문에 ΔH
화학
Q. 실제 용액에서 양의 편차와 음의 편차는 무엇을 의미하는 것인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 라울의 법칙을 온전히 만족하는 이상용액과는 달리 실제 기체는 인력의 관계를 무시할 수 없는데요, 따라서 양의 편차와 음의 편차라는 개념이 등장하게 되는 것입니다. 우선 라울의 법칙이란 용액의 증기압은 용매의 몰분율에 정확히 비례해야 한다는 것인데요, 다만 용질–용매 상호작용이 이상적이지 않아, 실제 증기압 곡선이 라울의 법칙 직선에서 위나 아래로 벗어나게 됩니다.이때 양의 편차란 실제 증기압이 라울의 법칙에서 예측한 값보다 더 큰 경우를 말하는 것인데요, 용질–용매 사이의 인력이 약하기 때문에 분자들이 서로 잡아주지 못하게 되면서 쉽게 기체로 나가는 것입니다. 반대로 음의 편차란 실제 증기압이 라울의 법칙에서 예측한 값보다 더 작은 경우로, 이는 용질–용매 사이의 인력이 강하기 때문에 분자들이 서로 강하게 잡아주면서 기체로 나가기 어려워지기 때문입니다. 감사합니다.
화학
Q. 실제 용액은 라울의 법칙을 온전히 만족하지 못하는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 질문 주신 내용은 라울의 법칙과 실제 용액에서 나타나는 차이에 대한 이해가 필요한 사항인데요, 우선 라울의 법칙에서는 이상 용액에서는 용질-용매 간 상호작용이 모두 동일하다고 가정하고 있습니다. 즉, 용매의 증기압은 용매의 몰분율에 비례한다고 보는 것이 이상 용액 모델입니다. 반면에 실제 용액에서 라울의 법칙이 맞지 않는 이유는 용질-용매 상호작용이 균일하지 않기 때문인데요, 실제 용액에서는 용질-용매, 용매-용매, 용질-용질 간 상호작용이 모두 다릅니다. 예를 들어 드리자면, 수소결합을 하는 물과 에탄올이 혼합된 용액에서 물-물, 에탄올-에탄올, 물-에탄올 결합 에너지가 모두 다르므로 이상 용액 가정과 불일치한 것입니다. 또한 이때 상호작용이 강하면 용액의 증기압이 이상 용액보다 낮기 때문에 음의 편차라고 하며 반대로 상호작용이 약하면 증기압이 이상 용액보다 높아지기 때문에 이를 양의 편차라고 부르게 됩니다. 감사합니다.
화학
Q. 몰랄 농도는 어떤 경우에 이용될 수 있나요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 몰랄 농도는 용액 내 용질과 용매 질량을 기준으로 한 농도 표현이므로, 몰농도와는 다르게 온도나 압력 변화에 영향을 받지 않는다는 장점이 있는데요, 끓는점 상승, 어는점 내림, 삼투압 등은 용질의 몰 수에만 의존하고 용액 부피에는 영향을 받지 않기 때문에, 온도 변화에 영향을 받지 않는 몰랄 농도를 사용하면 정확한 계산이 가능합니다.또한 온도 변화가 큰 용액의 계산에 적용하면 좋은데요, 액체가 가열되거나 냉각될 때 용액 부피가 변할 수 있기 때문에 이때 몰농도로 계산하면 오차가 발생하므로 이러한 경우에는 몰랄 농도는 질량 기준이므로 정확하다는 장점이 있습니다. 감사합니다.
화학
Q. 몰농도와 몰랄농도는 어떤 차이가 있나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 몰농도와 몰랄농도는 모두 용액의 농도를 나타내는 단위이지만, 정의와 계산 방식에서 차이가 있는데요 우선 몰농도란 용액 1리터 안에 녹아 있는 용질의 몰 수를 의미하는 농도인데요, 용액 부피를 기준으로 농도를 표현한 것으로 온도 변화에 따라 부피가 변하면 몰농도도 변할 수 있으며, 일반 화학 반응 계산에서 많이 사용됩니다. 반면에 몰랄농도란 용매 1 kg에 녹아 있는 용질의 몰 수를 의미하는 것인데요, 용매 질량을 기준으로 농도를 표현한 것으로 온도나 압력 변화에 무관하며 끓는점 상승, 어는점 내림 등 콜리게이티브 성질 계산에 주로 사용됩니다. 즉, 몰농도는 용액 부피 기준, 몰랄농도는 용매 질량 기준이라는 점이 두 농도의 큰 차이라고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.
화학
Q. 증발과 끓음이라는 현상은 어떤 차이가 있나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 증발과 끓음은 둘 다 액체가 기체로 변하는 기화 현상이지만, 일어나는 조건과 과정에서 차이가 있는데요, 우선 증발이란 액체의 표면에서만 일어나는 과정이며 내부에서는 온도가 액체 전체적으로 충분히 높지 않기 때문에 기화가 일어나지 않습니다. 또한 이는 액체의 끓는점보다 낮은 온도에서도 일어나는데요, 이는 액체 속 분자들이 모두 동일한 에너지를 갖지 않고, 운동 에너지가 높은 일부 분자가 표면에서 탈출하기 때문입니다.반면에 끓음이란 액체의 내부에서 일어나는 기화 현상을 말하는 것인데요, 이는 끓는점에서 발생하는 현상입니다. 끓는점은 액체의 증기압이 외부 압력과 같아지는 온도인데요, 따라서 끓음은 특정 온도에서만 일어나게 됩니다. 끓는 동안 기화가 빠르게 일어나면서 기포를 형성하며 증발과 달리 액체 전체가 급격히 기화된다는 특징이 있습니다. 감사합니다.
화학
Q. 기체 용질의 용해 반응에서 용해도를 증가시킬 수 있는 요인은 무엇인가요?
안녕하세요. 기체 용질의 용해 반응에서 용해도를 증가시킬 수 있는 요인을 이해하려면, 먼저 기체가 액체에 녹는 과정과 열역학적 특성에 대한 이해가 필요한데요, 기체가 액체에 용해될 때의 일반적으로 발열 반응으로 진행되는데요, 기체 용해도는 온도에 반비례하는 경향이 있기 때문에 온도가 높아지면 용해도가 낮아지고, 낮으면 용해도가 높아집니다.이와 같은 기체의 용해도에 영향을 주는 요인으로는 압력이 있는데요, 헨리 법칙에 따라 기체 용해도는 기체의 부분압력에 비례하는데요, 즉, 용액 위 기체의 압력을 높이면, 더 많은 기체가 용액 속에 녹습니다. 또한 온도 역시 영향을 줍니다. 기체 용해는 발열 과정이므로 온도를 낮추면 평형이 용해 쪽으로 이동하기 때문에 용해도가 증가하는데요, 따라서 기체 용액은 차가운 물에서 더 많은 기체가 녹을 수 있는 것입니다. 감사합니다.
화학
Q. 기체 용질의 용해 반응은 항상 발열 반응인 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 사항은 기체가 액체에 녹는 과정에서 열역학적 원리와 관련이 있는데요, 우선 기체가 액체에 녹을 때 일어나는 과정은 크게 두 단계로 볼 수 있습니다. 먼저 기체 분자가 액체와 접촉하면서 용액 속으로 들어가는데요, 용매 분자 주변에 기체 분자가 위치하면서 반데르발스 힘이나 수소 결합과 같은 분자간 상호작용을 형성하는데 이 과정에서 시스템이 더 안정화되며 에너지가 방출됩니다.이때 용해 과정이 발열반응인 이유는 에너지적으로 안정화되는 과정이기 때문인데요, 기체 분자가 액체에 녹아 용매와 새로운 상호작용을 형성하면, 기체 분자는 자유롭게 이동할 수 있는 상태에서 상대적으로 제약을 받는 안정된 상태로 변합니다. 즉 시스템의 내부 에너지가 감소하고, 그 에너지 차이는 열로 방출되는데요 따라서 기체가 액체 속에 녹아 수화 또는 용해되는 과정은 항상 에너지를 방출하므로 발열인 것입니다. 감사합니다.