안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
화학
Q. HF는 불소가 산소보다 전기음성도가 큰데도 물보다 끓는점이 낮은데요 이 현상을 어떻게 설명할 수 있을까요?
HF의 끓는점이 H₂O보다 낮은 이유는 결합 구조와 수소 결합의 강도 차이로 인한 것입니다. HF, H₂O 모두 극성 공유결합을 갖지만, HF의 전기음성도 차이(ΔEN)는 H₂O보다 조금 더 크기 때문에 결합 극성은 HF가 더 큰데요, HF 분자는 선형적인 1:1 연결로 약한 수소 결합을 형성합니다. 이때 HF는 F가 단일 전자를 가지므로, 분자 간 연결은 사슬 모양으로만 형성되어 있으며 결과적으로 분자 간 상호작용이 강하지 않아 끓는점이 상대적으로 낮습니다. 반면에 물 분자는 2개의 수소와 2개의 전자쌍을 가지고 있어 4개의 수소 결합을 형성할 수 있는데요, 3차원 격자 구조처럼 분자끼리 강하게 연결되어 있어, 증발시키려면 더 많은 에너지가 필요하고 이로 인해 끓는점이 높습니다. 감사합니다.
화학
Q. 전기음성도 차이가 큰 공유 결합이 반드시 이온 결합으로 간주되지 않는 이유는 무엇인가요?
'전기음성도'는 원자가 공유하고 있는 전자를 끌어당기는 힘을 나타내는 값인데요, 두 원자가 결합할 때 전기음성도 차이(ΔEN)가 크면, 공유 전자가 한쪽으로 치우쳐 결합이 극성화됩니다. 이때 극성 공유결합이란 ΔEN이 약간 크지만, 전자가 완전히 이동하지는 않은 상태를 말하는 것이며, 이온결합이란 ΔEN이 매우 커서 전자가 거의 한쪽으로 이동해 양이온과 음이온을 형성한 상태를 말합니다. 실제 화학 결합은 순수 공유결합과 순수 이온결합 사이의 연속체를 이루고 있는데요 ΔEN이 커도 완전히 전자가 이동하지 않으면, 결합은 여전히 공유적 성질을 일부 가지며, 단순히 이온 결합으로만 정의할 수 없습니다. NaCl처럼 결정 구조를 이루며 전형적인 이온 결합 특성을 나타내는 경우와, HF처럼 ΔEN이 크지만 분자 단위로 존재하며 공유 결합 특성을 유지하는 경우를 구분해야 합니다. HF는 ΔEN 약 1.9로 상당히 큰 편이지만, 분자 내부 공유결합과 수소 결합 구조 때문에 순수 이온결합으로 간주하지 않는 것입니다. 감사합니다.
화학
Q. 적정 시험 진행시 지시약은 왜 한 두 방울만 사용 하는 것인가요?
적정시험에 사용하는 지시약은 용액의 pH 변화를 눈으로 확인할 수 있게 색으로 나타내는 물질인데요, 예를 들어서 페놀프탈레인(약염기성 변화를 붉은색으로), 메틸오렌지(산성에서 황색, 산성으로 변하면 빨간색)가 있습니다. 적정에서는 당량점에서 색이 바뀌는 지점을 시각적으로 확인하는 것이 목적입니다. 이때 지시약을 소량만 사용하는 이유는 용액 성질을 변화시키지 않기 위함인데요, 지시약도 화학물질이므로, 많이 넣으면 용액의 pH나 반응 균형에 영향을 줄 수 있습니다. 특히 약산-강염기, 약염기-강산 적정에서는 지시약 농도가 높으면 당량점 근처 pH를 조금씩 이동시켜 오차가 발생할 수 있습니다. 또한 적은 양이면 용액 전체에 충분히 섞여도 색이 연하게 나타나므로, 당량점 근처의 작은 pH 변화에도 색 변화가 뚜렷하게 관찰됩니다. 반면에 많이 넣으면 색이 너무 진해져서, 작은 pH 변화가 눈으로 구분되지 않기 때문에 소량을 사용하는 것입니다. 감사합니다.
화학
Q. 중화 적정 곡선에서 왜 당량점 부분에서 pH가 급격하게 변하는 것인가요?
네, 질문해주신 중화 적정 곡선에서 당량점 부근에서 pH가 급격히 변하는 이유는 화학 평형과 완충 능력의 관점에서 이해해볼 수 있는 사항입니다. 중화 적정은 산과 염기가 1:1 몰 비율로 반응하는 지점을 찾는 과정인데요, 예를 들어서 강산(HCl) + 강염기(NaOH) → NaCl + H₂O가 되며 당량점은 산과 염기가 정확히 반응하여 남는 산이나 염기가 없는 상태를 의미합니다. 적정 곡선 초기와 중간 구간에서는 산 또는 염기의 농도가 비교적 많고, 아직 반응이 충분히 진행되지 않은 상태입니다. 이때 약산/약염기가 존재하면 완충 용액 역할을 하여, 소량의 산이나 염기가 첨가되어도 pH 변화가 완만한데요 즉, 용액의 완충 능력 때문에 곡선이 천천히 변화합니다.이때 당량점에서는 남는 산이나 염기가 거의 없고, 반응물과 생성물의 농도가 비슷한데요 용액이 완충 역할을 거의 하지 못하기 때문에, 조금만 산이나 염기가 더 들어와도 pH가 크게 변하게 되는 것입니다. 감사합니다.
화학
Q. 한국의 수산시장이 변화를 겪게 되는 시기가 점점올까요?
질문해주신 사항에 대해 답변해드리자면, 한국 수산시장은 이미 기후변화의 영향을 받고 있으며, 앞으로 점진적 변화가 계속될 것으로 예상되고 있습니다. 최근 수십 년간 해수온이 상승하고 해양 산성화와 해류 변화가 일어나면서, 기존 냉수성 어종인 굴, 명태, 오징어 등의 어획량이 감소하고 아열대성 어종인 참돔, 낙지, 일부 새우류는 출현이 늘고 있습니다.특히 양식 산업에서도 해수온 상승으로 양식어류의 성장 속도와 질병 발생률이 변화하고 있어, 여름 고수온 피해가 증가하는 사례가 나타나고 있습니다. 감사합니다.
화학
Q. 다양성자산은 어떤 식으로 분해반응을 일으키는 것인가요?
다양성자산은 한 분자가 2개 이상 수소 이온(H⁺)을 방출할 수 있는 산을 말하는 것인데요, 대표적인 예시로는 황산(H₂SO₄, 2가), 인산(H₃PO₄, 3가), 구연산(C₆H₈O₇, 3가) 등이 있으며, 이때 각 수소 이온이 해리되는 정도는 동일하지 않고, 서로 다른 평형 상수를 가집니다. 다양성자산은 한 번에 모든 수소 이온을 내놓는 것이 아니라, 단계적으로 해리되는데요, 첫 번째 H⁺가 떨어져 나가면 음이온이 형성되며 음전하가 남아있기 때문에, 다음 H⁺가 떨어져 나가기 어려워지기 때문에 평형 상수가 작아집니다. 또한 첫 번째 해리 후 남은 음이온이 구조적으로 안정화되면, 두 번째 H⁺ 방출이 제한됩니다. 감사합니다.
화학
Q. 가용성 염의 경우에는 평형상수 값을 두 이온 농도의 곱으로 구할 수 없는 이유가 무엇인가요?
가용성 염은 물에 잘 녹아 대부분이 이온으로 존재하는 염을 말하는데요, 대표적인 예시로는 NaCl, KNO₃ 등이 있으며, 이런 염은 물속에서 거의 100% 해리합니다. 즉, NaCl → Na⁺ + Cl⁻ 처럼 완전히 이온화됩니다. 일반적으로 용해 평형상수(Ksp)는 난용성 염 또는 불용성 염에 대해 정의됩니다. 이때 가용성 염은 거의 완전히 해리되므로, 평형 상태라는 개념 자체가 사실상 의미가 없는데요 즉, NaCl → Na⁺ + Cl⁻ 는 99% 이상 해리되어서 농도를 평형에서 계산할 수 없고, 단순히 용해 후의 농도는 용해량에 따라 결정됩니다. 따라서 [Na⁺][Cl⁻]를 K처럼 계산하는 것은 불가능하며, “평형상수 값”이라는 개념이 사실상 존재하지 않는 것입니다. 감사합니다.
화학
Q. 수단3용액 먹었을때 어떻게 해야할까요?
수단Ⅲ는 지방 검출에 쓰이는 지용성 염료로서 일반적으로 에탄올이나 유기용매에 녹여 사용하기 때문에, 단순히 염료뿐만 아니라 용매 성분도 인체에 해로울 수 있습니다. 먹는 물질이 아니며, 섭취 시 구강이나 위장관 점막 자극이나 구토, 설사, 복통 등을 일으킬 수 있습니다. 입 안에 잔류 용액이 있다면 흐르는 물로 충분히 헹구어 주셔야 합니다. 이후 의료기관에 내원하시는 것이 좋은데요, 정확히 얼마나 삼켰는지, 어떤 용매에 녹인 수단Ⅲ인지에 따라 위험도가 크게 달라집니다.학교에서 사용한 시약병 라벨에서 성분, 농도를 꼭 확인해서 가지고 가시는 것이 중요하며 구토, 복통, 어지럼증, 호흡곤란, 입술·피부 색 변화 등이 나타나면 즉시 응급실로 가야 합니다. 감사합니다.
화학
Q. 나이 들면서, 왜 인체에는 냄새가 나게 되는건가요?
나이가 들면 피지선에서 스쿠알렌, 지방산 같은 지질 성분이 많이 분비되는데, 이들이 피부 표면에서 공기 중의 산소에 의해 산화됩니다. 특히 산화 과정에서 생기는 2-노넨알이라는 불포화 알데히드가 대표적인 노인 특유의 냄새 원인 물질로 알려져 있는데요, 이 물질은 특유의 기름지면서도 지속성 있는 냄새를 내며, 젊을 때보다 노화가 진행된 피부에서 훨씬 많이 생성됩니다.또한 인체는 원래 활성산소를 제거하는 항산화 효소 시스템을 갖고 있는데, 나이가 들면 이 기능이 떨어지게 되고 그 결과, 피부의 지방 성분이 쉽게 과산화 지질로 변하면서 냄새 물질이 증가합니다. 이와 함께 중년 이후에는 성호르몬 분비가 줄어들면서 땀의 조성, 피지 분비량, 세균 환경이 변화하며 이런 변화가 피부 미생물 군집에도 영향을 주어 냄새를 더 쉽게 발생시키는 것입니다. 감사합니다.
화학
Q. 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.