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[4강 생명의 구성단위] 세포막과 물질대사 1. 세포막 세포막은 세포를 보호하는 일종의 문과 같은 존재이다. 세포막에 있는 매우 작은 구멍은 물 분자나 물에 녹는 특정한 물질은 통과시키지만, 크기가 크거나 특정 화학 구성을 가진 물질은 통과시키지 않는다. 어떤 분자는 세포막을 통과할 수 있으나, 어떤 분자는 통과하지 못하는데 이를 반투성이라고 한다. (부분적 삼투현상) 세포막에서의 출입은 수동 수송과 능동 수송의 방법이 있다. (1) 수동수송(passive transport) 수동수송의 경우 세포는 에너지를 사용하지 않고 분자를 이동시키는데, 이유는 분자들이 외부에서 힘을 받지 않고 농도가 큰 곳에서 낮은 곳으로 움직이면서 확산되기 때문이다. 확산을 통해 물 분자가 몸 안에서 움직이는 현상이 바로 삼투현상(osmosis)이다. 예를 들어, 세포 .. 공감수 0 댓글수 0 2020. 5. 21.
[4강 생명의 구성단위] 세포의 구성 1. 세포 세포는 모양과 크기가 아주 다양하지만 공통적인 특징이 있는데, 이는 모든 세포가 주로 단백질과 지질로 구성된 세포막으로 둘러싸여 있다는 사실이다. 세포막 안에는 세포질이라는 물질이 들어있다. 세포질에는 90%의 물(물론 단백질 등과 같은 물질이 있어 점성이 있다.)과 세포소기관(특정 기능을 수행한다.)들이 있다. 세포는 핵의 유무에 따라 또 진핵세포와 원핵세포로 나뉜다. 핵(nucleus)은 가장 큰 세포 소기관으로 대체로 원형이며 세포 중앙에 위치한다. 핵은 핵막으로 둘러싸여 있는데, 핵막에는 작은 구멍이 나 있어 세포질과 물질을 교환할 수 있다. 핵 안에는 가늘고 긴 염색사(DNA)와 인이 있는데, 인은 리보솜을 형성한다. (리보솜은 단백실 합성에 관여한다.) 2. 세포 소기관 정리 세포 .. 공감수 0 댓글수 0 2020. 5. 19.
[3강 생물학의 발전] 과학 혁명 이후 현재까지 1. 생명학의 발전 18세기와 19세기에 들어서 생물학은 생명에 대한 심층적인 이해에 한걸음 더 다가섰다. 식물 전문가 칼폰 린네는 생물체를 분류하며 이명법의 기초를 마련하였다. 이명법은 현재도 사용하는 생물 분류법인데, 라틴어를 사용하여 속(genus)뒤에 종(species)명을 나타내는 방법이다. 18세기 말에 가장 큰 변화를 겪은 분야 중에는 생리학(physiology)이 있다. 그 이전에 생물의 기능은 종교에 큰 영향을 받아 영적인 힘에 의해 움직인다는 생각이 지배적이었다. 하지만 이 시기에 들어 생물학자들은 생명체를 물리학과 화학에 기초하여 역학적, 물질적 관점으로 보기 시작하였는데, 이는 그 당시 사람들의 종교적 신념을 모독하는 행위였다. (당시 종교와 생물학 간 갈등이 심각했다고 한다.) 그.. 공감수 1 댓글수 0 2020. 5. 18.
[3강 생물학의 발전] 고대에서 과학혁명까지 ★ 이 글은 스미스소니언 교양과학백과를 참고하여 포스팅되었습니다:D 1. 고대의 생물학 인류는 고대부터 생존을 위해 주변의 여러 생물체에 의존해왔다. 식물의 뿌리와 열매로 허기짐을 달랬으며, 야생화로부터 염료와 독, 약초를 구하고, 나무나 뼈로 만든 도구로 동물들을 사냥했다. 이와 같은 생활을 해야했기에 인류는 주변에 있는 생명체를 관찰, 구분, 분류하고 필요에 따라 실험하기도 했는데, 이것이 바로 생물학의 시작이었다. 선사 시대의 생물학적 연구는 실용학적인 관점으로 이뤄졌으나, 학문으로써의 생물학은 문자가 발명된 이후 그리스에서 시작되었다고 볼 수 있다. 대표적인 인물은 역시 그리스의 철학자 아리스토텔레스이다. 그는 동시대에 살았던 다른 철학자들과 달리 감각 경험을 매우 중시하였고, 가장 신뢰할 수 있.. 공감수 1 댓글수 1 2020. 5. 14.
[2강 생물체의 연구] 생물학이 우리에게 미치는 영향과 생물학의 도구 1. 생물학의 영향 생물학이 가장 큰 영향을 끼친 것은 의학 분야이다. 생물학자 윌리엄 하비는 혈액순환의 원리를 발견하여 현대 의학에서 인체를 이해할 수 있는 토대를 마련하였다. 의사가 환자를 진찰하거나 처방할 때에 생물학적 지식은 기본이 되었다. 뿐만 아니라, 질병에 대한 세균 이론은 19세기에 들어서야 정립된 것으로, 후에 수술의들의 손씻기, 소아마비 예방접종, 폐렴에 대한 항생제 처방 등 의학 혁신을 일으켰다. 생물학이 농업분야에 끼친 영향도 지대하다. 유전학의 발달은 동식물의 교배를 가능하게 하여 새로운 농작물이나 가축 품종을 개발할 수 있게 하였다. 최근에 들어서는 병충해와 제초제에 강한 농산물까지 생산할 수 있게 되었는데, 유전자 조작 식품에 관해서는 아직도 의견이 분분하지만, 분명한 사실은 .. 공감수 3 댓글수 1 2020. 5. 13.
[1강 생명] 생물의 구조와 기능 * 구조와 기능의 연관성 무생물의 구조는 물체가 생성된 물리적 과정을 통해 단순하게 설명가능하다. 하지만 생명체는? 각각의 구성 요소는 전부 특정한 목적을 수행하는 기능을 가지고 있다. (예를 들어, 손은 물건을 잡고, 외골격은 외부의 충격으로부터 보호하는 역할이다.) 이는 무생물과 달리 유전적으로 유리한 구조를 가진 것들이 번성할 수 있도록 자연 선택에 따라 진화했기 때문이다. 생명체의 구조는 생명체가 생존하기 유리하게 만드는 기능과 밀접한 연관이 있는 것이다. 구조와 기능 사이의 관계는 생물학적 체제의 다양한 단계에서 나타난다. 예를 들어, 신경전달 세포인 뉴런은 다른 뉴런으로부터 받은 전기자극을 다음 뉴런으로 전달해줄 수 있도록 긴 축색을 가지고 있다. 문어는 다리에 빨판이 있어서 해저에서 이동할 .. 공감수 2 댓글수 0 2020. 5. 12.
[1강 생명] 변화와 에너지 사용 ☆ 이 글은 스미스소니언 교양과학 백과를 참고하여 포스팅되었습니다. 1. 생명의 변화 생명체는 세월에 따라 기본 구조부터 급격하게 변화한다. 하지만 이러한 과정에는 비교적 명확한 연속성이 보이기 때문에 생물학자들은 그 흔적을 추적하여 오늘날 여러 형태의 생물들이 걸어온 길을 엿볼 수 있는 것이다. 예를 들어 오늘날의 육상 생물은 아주 오랜 옛날에 일부 바다 생물들이 육지에 적응한 것이다. 그리고 이 동물 중 일부가 육상 척추동물의 시조가 되었다. 그 증거로, 오늘날 모든 척추동물에는 척추에서 항체까지 조상이 어류로 추정되는 특징들이 남아있다. 이러한 연속성과 변화가 함께 존재할 수 있는 것은 두 가지 요소 때문인데, 이는 유전자와 진화이다. (1) 유전자(genes) 유전자는 생명체의 세포 내에 있는 유.. 공감수 1 댓글수 0 2020. 5. 12.
[1강 생명] 생물의 정의와 단계적 서열화 ★ 이 글은 스미스소니언 교양과학 백과를 참고하여 포스팅되었습니다:D 1. 생물의 정의 생물을 정의하는 것은 생물학자들에게도 쉬운 일이 아니다. 예를 들어, 움직이는 여부로 생물과 비생물로 나누었다고 해보자. 상황에 따라서는 비탈길을 구르는 돌도 움직인다. 또 다른 예로, 생장 여부로 생물과 비생물을 나누어보자. 동굴의 있는 수정도 아주 오랜 시간에 걸쳐서 자란다. 이렇게 생물을 정의하는 것은 그리 간단한 일이 아니다. 하지만 우리는 생물이 가지는 여러 성질을 통해 파악할 수는 있다. 그 예로는 생식, 성장, 물질 대사, 반응성, 적응 등이 있다. (1) 생식(reproduction)과 성장(growth) 생물체는 두 가지 의미에서 번성하는데 이는 생식과 생장이다. 생식은 개체수를 늘리는 것, 생장은 자.. 공감수 1 댓글수 0 2020. 5. 11.
[12강 화학의 활용] 신소재와 신약 개발 1. 신소재 토마스 에디슨과 그의 연구팀은 백열전구를 완성하기 위해 수많은 실험을 거듭했다. 그들이 전구에 빛을 발하는 필라멘트에 적합한 재료를 찾기 위해 6000가지 이상의 다양한 원소들로 실험을 했다고 한다. 그러다가, 전구 안에 공기만 없다면 실에 탄소를 입혀 쓸 수 있다는 사실을 깨달음으로써 연구가 전환점을 맞이한 것이다. 이후 그들은 특수한 펌프를 이용해 전구 안을 진공상태로 만들었고, 마침내 노란빛을 내는 백열등이 탄생하게 되었다. 혁신을 이루어 낼 신소재를 찾는 것은 아주 유망한 분야이다. 화학의 한 갈래인 신소재 과학은 사람에게 유용하게 쓰일 수 있는 새로운 소재들(세라믹, 합성 소재, 유리, 금속 등)을 발견하고 개발하는 것과 관련된 학문이다. 신소재 과학은 그리 간단한 분야가 아닌데, .. 공감수 2 댓글수 0 2020. 5. 9.
[12강 화학의 활용] 단백질체학과 유전자 공학 1. 단백질체학(Proteomics) 인체가 별 문제없이 유지되기 위해서는 단백질의 역할이 크다. 예를 들어 침에 들어있는 아밀라아제, 혈액의 산소를 운반하는 헤모글로빈까지 모든 것이 단백질로 이루어져 있다. 단백질체학이란 단백질을 종합적으로 연구하는 분야로서, 단백질의 구조는 물론 상호작용 방식, 수행기능을 연구한다. 단백질체학은 게놈 연구와 연계되는데, 인간의 게놈 지도가 완성됨에 따라 거기에 담겨 있는 정보를 통해 단백질의 세계와 그 작동방식에 대해 많은 사실을 알 수 있기 때문이다. 단백질체란 유기체가 가진 모든 단백질을 의미한다. 인체의 모든 단백질을 알아보기는 어렵다. 한 가지 흥미로운 점은, 인체 내의 단백질이 단백질을 만드는 유전암호보다 훨씬 많다는 사실이다. 2003년에 들어서 인간 게놈.. 공감수 1 댓글수 0 2020. 5. 8.
[12강 화학의 활용] 연료전지와 나노기술 1. 연료전지 2050년에 이르면, 미국에는 2억 3천만대, 중국은 5억 1천만대, 인도에는 6억 1천만대의 자동차가 다닐 것이 예상된다. 지구는 이 어마어마한 양의 이산화탄소를 어떻게 감당할 수 있을까? 또한 석유라는 유한한 자원을 사용하는 자동차는 연료를 어디서 얻을 것인가? 아마 수소 연료 전지가 극적인 대안으로 떠오를 수 있을 것이다. 수소 자동차에서는 수소와 산소가 결합되어 전기화학적 반응을 일으킨다. 반응의 부산물로 생산된 전기로 자동차가 움직인다. (부산물은 물과 열, 수증기가 있다) 수소는 우주에서 가장 흔한 원소이기 때문에 연료 고갈의 염려가 없다. 현재까지의 기술로는 대량 판매용으로 생산하기에 큰 비용이 들지만, 대부분의 자동차 제조업체들은 수소 자동차를 시험하고 또 시범 운행중이다. .. 공감수 1 댓글수 0 2020. 5. 6.
[11강 화학물질을 찾아서] 법화학과 게놈지도 1. 법화학(Forensic chemistry) 법화학은 범죄수사의 떠오르는 별이다. 물론 뿅하고 결과물이 금방 나오는 드라마와 달리, 다소 시간을 소요하지만 말이다. 범죄사건이 발생했을 때, DNA 분석을 전문으로 하는 법화학자들은 실험실이 아닌 범정에서 분석 결과를 진술해야 할 때가 있다. 법화학 분야는 대체로 고도 전문화 분야인데, 예를 들어 전문적으로 오직 불법 약물을 식별하는 데에만 자신의 재능과 능력을 집중하는 법화학자도 있다. 법화학자들은 또 다양한 상황에서 작업하며, 다양한 분석 방법을 동원하여 그들이 원하는 해답을 찾기 위해 고군분투한다. (1) DNA 분석 사람마다 가지고 있는 DNA는 다르므로, 머리카락 한 가닥이나 우표를 붙일 때 발랐던 침과 같이 아주 작은 신체 표본으로도 DNA를.. 공감수 1 댓글수 0 2020. 5. 5.
[11강 화학 물질을 찾아서] 크로마토그래피와 전자현미경 1. 크로마토그래피(chromatography) 검은색 잉크에 물을 떨어트리면, 잉크가 번져나간다. 놀라운 점은 검정색 뿐 아니라 푸른색과 붉은색으로 보이는 부분까지 보인다는 것이다. 이런 현상은 크로마토그래피에 의한 것인데, 이는 혼합물의 여러 성분들이 용매 상에서 매개체와 상호작용하여 그들의 화학적 성질에 따라 분리되도록 하는 방법이다. 검은색 잉크는 잉크의 여러 성분이 물과 함께 이동하면서 종이와 상호작용하는 정도에 따라 각각 분리된 예이다. 세상은 혼합물로 가득 차 있는 공간이다. 마요네즈는 에멀젼으로 분류되는 혼합물이며, 오일-식초 드레싱은 현탁액으로분류되는 혼합물이다. 크로마토그래피는 다양한 미지의 혼합물을 분석하고 구성요소를 눈으로 보는 데에 큰 도움이 된다. 분석하고자 하는 혼합물은 분석물.. 공감수 1 댓글수 0 2020. 5. 4.
[11강 화학 물질을 찾아서] 분광학과 MRI 1. 분광학 태양이 내뿜는 빛은 지구에 도달하여 우리가 흔히 보고 있는 주변의 물체들을 비춘다. 하지만 모든 광선은 과학적 도구를 이용하지 않으면 볼 수 없는, 매우 복잡한 구조를 가지고 있다. 물론 우리가 볼 수 있는 가시광선도 있으나, 사람의 눈에 보이지 않는 빛 에너지는 서로 다른 물질을 식별하고 구분하는 데에 사용할 수 있다. 스펙트럼과 빛 에너지에 대한 연구를 분광학(spectroscopy)이라고 한다. 빛은 파동의 형태로 이동하는데, 파도와 비슷하다고 생각하면 쉽다. 파동은 특정한 높이를 가지는데, 이를 진폭(amplitude)라고 한다. 파동은 특정한 진동수로 물체와 부딪히고 특정한 방식으로 작용한다. 또한 파동은 특정한 속도로 진행하는데, 파동의 마루와 마루 사이의 거리를 파장(wavele.. 공감수 2 댓글수 0 2020. 4. 30.
[10강 환경의 화학] 방사성 폐기물과 재활용 1. 방사성 폐기물 방사성 폐기물은 인류가 지금껏 보아왔던 여느 폐기물과는 다르다. 가정에서 쓰레기를 버리면, 쓰레기는 매립지로 옮겨져 영원히 땅속에 묻히게 되고, 다음 세대에 어떠한 형태의 피해도 주지 않는다. 하지만 방사성 폐기물은 그렇지 않다. 이 물질들은 적절한 방법으로 다루거나 관리하지 않으면, 우라늄이나 플루토늄이 발산하는 입자나 파동이 인체에 침투하여 세포 속 DNA의 섬세한 화학적 구조를 변형시키고, 이후 수만년동안 인류에게 암과 그 외 다른 질병들을 유발할 수 있기 때문이다. 따라서 이러한 물질을 만들어내는 현재의 우리들은 백년, 천년을 내다보고 다음 세대의 안위까지 책임져야 하는 무거운 짐을 짊어지고 있다. 지구는 먼 미래에 우리가 알고 있는 모습과 다를 것이다. 쓰일 언어조차 장담할 .. 공감수 3 댓글수 1 2020. 4. 30.
[10강 환경의 화학] 오존층과 산성비 1. 온실기체와 오존층 온실 기체라는 용어에 대해 대부분의 사람들은 부정적인 반응을 보인다. 온실 기체는 일반적으로 나쁘게 여겨지지만 사실은 우리의 생존에 필수적이다. 태양의 열이 지구 대기권을 통과할 때, 온실 기체는 열이 전부 우주로 반사되어 나가는 것을 막는다. 그렇게 남은 열의 일부는 우리 대기권 내에 갇히게 되어, 생명체가 생존하고 번성할 수 있도록 지구의 온도를 유지해준다. 이는 자연적으로 일어나는 과정이나, 항상 그 균형이 유지되어야 한다는 것이 가장 중요하다. 현대의 산업 발전은 대기에 존재하는 이산화 탄소와 메테인 가스를 증가시킴으로써 균형을 무너뜨리고 있다. 이산화탄소와 메테인 가스, 오존과 같은 주요 온실 기체는 자연에서 생산되는 것이나, 인간의 활동으로 인해 놀랄만큼 증가했다. 이산.. 공감수 1 댓글수 0 2020. 4. 30.
[9강 우리 주위의 화학] 화장품과 향수 1. 립스틱 훌륭한 립스틱을 만들기 위해서는 일반적으로 생각하는 것보다 훨씬 많은 사항들을 고려해야한다. 립스틱은 일단 부드럽고 펴바르기 쉬워야 하며, 색깔 성분은 립스틱에는 잘 섞여야 하지만 물에는 녹지 않아야 한다. 립스틱에 쓰이는 원료는 다양하여 물고기 비늘에서 금가루까지 사용되지 않는 것이 없으나, 기본적으로는 밀랍, 기름, 안료나 염료를 배합하여 만든다. 밀랍의 경우, 피마자유와 같은 비휘발성 기름과 섞을 수 있는데, 이렇게 만든 물질은 잘 펴져 입술에 발라지면서도 립스틱 튜브에 있을 때에는 모양을 유지하는 성질이 있다. 립스틱에 들어가는 색소는 산화철과 같이 자연에서 구할 수 있는 것을 사용할 수도 있고, 화학적으로 합성하여 만들 수도 있다. 2. 피부 보습제 보습제들은 건조한 피부를 관리할 .. 공감수 1 댓글수 0 2020. 4. 30.
[9강 우리 주위의 화학] 주방에서의 화학 & 색과 빛 1. 주방에서 일어나는 화학 비교적 최근에는 음식의 화학적 성질을 더 세밀하게 분석하기 위해 분자 요리학이라는 분야가 생겨났다. 분자 요리사들은 대체로 과학적 훈련을 잘 받은 요리사들인데, 이들은 음식의 화학적 성질을 이용하여 그들의 상호작용을 통해 새로운 풍미를 만들어내거나, 자신이 원하는 새로운 방식의 반응이 일어나게끔 음식을 섞어준다. 다행히 음식에 들어있는 화학 물질들은 매번 같은 방식으로 반응하기 때문에 성공할 확률이 실패할 확률보다 훨씬 높다고 한다. 그렇다면 우리에게 친숙한 주방 속 화학 반응을 몇 개 살펴보자. (1) 빵을 만들 때 제빵사는 빵을 만들기 위해 밀가루, 따뜻한 물, 소금과 기타 첨가물을 섞고, 여기에 살아있는 작은 세포인 이스트를 넣는다. 이스트는 따뜻한 물을 만나 활성화되고.. 공감수 2 댓글수 0 2020. 4. 29.
[8강 생명의 화학] 다양한 생활 속 화학물질과 그에 대한 우려 1. 살충제 살충제는 곤충의 피부를 덮고 있는 보호막을 녹이거나 호흡 기능을 막는 것에서부터 물질대사나 신경계를 조작하는 등 다양한 방법으로 작용한다. 유기인제 살충제는 살충제 산업의 주생산물로 1980년대에 널리 쓰였는데, 이 약품은 특정한 효소의 긴으을 손상시켜 곤충의 신경계를 교란시키는 방법으로 작용한다. 콜린에스테라아제라는 이 효소는 신경계에서 아세틸콜린을 파괴하고 신경충동조절자로 작용한다. (아세틸콜린은 신경과 신경, 신경과 근육 사이의 정보를 전달하는 신경전달물질이다.) 콜린에스테라아제가 제대로 기능하지 못하면 아세틸콜린이 분해되지 않아 신경이 한번 신호를 보낸 후에 원래 상태로 되돌아오지 못하는데, 신체를 과도하게 흥분하게하여 발작이나 경련을 일으키다가 죽음에 이르게 된다. 유기인제는 작은 .. 공감수 2 댓글수 0 2020. 4. 28.
[8강 생명의 화학] 효소와 의약품 1. 효소(enzyme) 효소는 수백 개의 아미노산으로 구성된 단백질로, 유기체 내에서 필요로 하는 화학 반응들을 수행한다. 효소는 분자 간의 결합을 깨트리는 역할을 한다. 우리가 빵을 먹을 때에, 침에 들어있는 아밀라아제가 녹말을 당 분자로 분해하는 것이 대표적인 예이다. 효소가 반응 속도를 증가시키는 정도는 어마어마하다. 수백만, 심지어 수십억만배로 증가시킨다. 효소가 반응하는 물질을 기질(substrate)이라 하고, 기질이 변형된 것을 효소의 생성물이라고 한다. 대강 보면 효소가 촉매와 비슷해보일 수 있지만, 둘 사이에는 큰 차이가 있다. 촉매는 화학 반응을 촉진시키는 것의 총체를 의미하기 때문에 이런 정의에 의하면 열도 촉매에 해당할 수 있으나, 효소는 생물학적인 고분자 촉매만 일컫는다. 물론 .. 공감수 9 댓글수 0 2020. 4. 27.
[8강 생명의 화학] DNA와 RNA, 세포 안의 화학 1. DNA와 RNA 모든 인간의 주된 암호는 DNA(디옥시리보 핵산)라고 하는 세포의 핵 안, 복잡한 분자에 숨겨져 있다. DNA의 분자 구조는 1953년에 제임스 왓슨과 프란시트 크릭에 의해 처음으로 밝혀졌다. 그들은 이 거대분자가 이중 나선 구조를 가진다는 사실을 보였다. 유연하고 탄력성 있는 사다리가 나선모양으로 뒤틀려 있고, 사다리 측면은 디옥시리보당과 인산 분자가 차례로 배열되어 있으며, 사다리의 각 가로대는 질소 염기쌍으로 이루어져 있다. 질소 염기는 4가지(아데닌, 티민, 구아닌, 시토신)만 가능하며 서로 쌍을 이루는데 아데닌은 티민(A-T, 아톰으로 외웠던 기억이 난다.), 구아닌은 시토신(G-C)과 결합한다. DNA를 복제하기 위해서는 핵에 있는 장치가 DNA 분자를 한쪽 끝부터 열게 .. 공감수 1 댓글수 0 2020. 4. 25.
[8강 생명의 화학] 생명체를 이루는 화학물질과 광합성 1. 생명체를 이루는 화학물질 모든 생명체에서 일어나는 화학반응은 탄소를 포함하는 유기 화합물에 크게 의존한다. 물론 산소와 같은 무기 화합물도 분명 생명체의 기능유지에 기여하지만, 생명체에게 핵심적이고 근본적인 역할은 유기화합물의 몫이다. 대부분의 생명체에서 찾을 수 있는 4가지의 중요한 유기화합물이 있다면, 탄수화물, 지질, 단백질, 핵산이다. 이들을 생체분자(biomolecule)라고 하는데 각각의 분자들은 1. 유기체를 원활하게 작동시키고, 2. 에너지를 생산, 처리, 저장하며, 3. 종을 재생산하고 번식하는 데에 중요한 역할을 한다. (1) 탄수화물(carbohydrate) 탄수화물은 생명체의 주요 에너지원이다. 이는 빵이나 파스타, 쌀에도 들어있지만 가장 기본적인 탄수화물을 떠올려보자면 설탕을.. 공감수 2 댓글수 0 2020. 4. 25.
[7강 물질] 탄소와 유기화합물 1. 탄소와 탄소화합물 탄소는 인체를 구성하고, 우주에서는 6번째로 풍부한 원소이다. 탄소는 자연상태에서도 유용하지만, 산업적으로 많이 응용되기 때문에 탄소와 탄소 화합물에 대한 연구는 지속되고 있다. (1) 자연에서의 탄소 탄소는 다양한 형태의 동소체로 자연에 존재하는데, 예를 들어 다이아몬드, 흑연, 비결정성탄소 등이 있다. 탄소가 이러한 다양한 물질을 이룰 수 있는 것은 탄소의 원자 구조 때문이다. 탄소의 원자 번호는 6번으로, 6개의 양성자와 6개의 전자를 가지고 있다. 6개의 전자는 두 개의 전자껍질 속에 들어가는데, 전자 두 개는 핵에서 가장 가까운 전자껍질에, 나머지 전자 네 개는 가장 바깥쪽 전자 껍질 속에 있다. (이를 원자가 전자껍질이라 한다.) 원자가 전자껍질은 8개까지 전자를 가질 .. 공감수 1 댓글수 0 2020. 4. 21.
[7강 물질] 금속과 합금 1. 금속의 특성 많은 사람들이 금속에 대하여 잘 알고 있다고 생각하지만 사실은 그렇지 않은 경우가 많다. 금속을 떠올릴 때에 우리는 흔히 광택이 있고 내구성이 강한 물질을 떠올리지만, 수은은 단단하지 않고, 내구성이 강하지도 않다. 또한 금속에 속하는 나트륨을 우리는 매일 2000밀리그램씩 해치운다. 따라서 과학자들은 금속을 정의하는 특성을 서술할 때에 보수적으로 다가갈 수밖에 없는데, 그럼에도 금속을 정의할 때 사용할 수 있는 몇 가지 일반적인 기준들이 있다. 첫째, 쉽게 양이온을 형성하고(전자를 잃고), 금속 결합을 이룬다. 금속 원자의 전자는 하나의 원자에 묶여있지 않고, 한 원자에서 다른 원자로 자유롭게 움직여 다니다가 전자가 금속 원자를 떠나면 양이온이 된다. 둘째, 금속은 전기전도성이 높다... 공감수 3 댓글수 0 2020. 4. 21.
[6강 원자 속으로] 힘과 원소의 형성 1. 자연에 존재하는 네 가지 힘 자연에는 4가지의 힘이 존재한다. 이 힘은 육안으로 볼 수 없는 원자의 상호작용을 지배할 뿐만 아니라 행성과 별, 태양 간의 관계에도 막대한 영향을 끼친다. 그렇다면 힘이란 무엇일까? 누군가에게 무언가를 하게끔 힘을 쓴다는 것은, 그만큼 압력을 가함으로써, 그 대상자가 내려야 할 결정이나 취해야 할 행동에 영향력을 행사하는 것이다. 네 가지의 힘이 모든 물질에 작용하는 것은 아니다. 예를 들어 중력은 모든 입자에 영향을 미치지만, 전자기력은 전하를 띤 입자에만 작용한다. 각 힘은 특정한 입자와 관련되는데, 이 입자들은 힘이 영향력을 행사할 수 있는 범위까지 그 힘을 매개하는 역할을 한다. (1) 첫번째 힘, 전자기력(electromagnetic force) 전자기력의 힘.. 공감수 1 댓글수 0 2020. 4. 20.
[6강 원자 속으로] 핵의학과 입자가속기 1. PET 스캔 핵의학에서는 방사성 약품을 추적자로 이용하여 환자의 인체 내부를 들여다본다. 양선자 단층촬영법(positron emission tomography), 즉 PET 스캔에서는 환자가 약을 직접 삼키거나 주사를 통해 약물을 주입하는데, 이 약은 환부로 흘러들어 가거나 환부에서 흡수된다. 약에는 반감기가 짧은 불안정한 핵을 가진 원자의 방사성 핵종이 들어있는데, 방사성 의약품들은 붕괴하면서 양전자를 방출하고, 이 양전자가 세포 안에 있는 전자와 반응하여 환자 몸 밖으로 감마선을 내보낸다. 컴퓨터는 감마선의 분포에 근거하여 방사성 핵종의 분포를 3차원 영상으로 재구성하는 것이다. 그렇다면 방사성 약물을 섭취하는 것은 건강에 아무런 해가 없을까? PET 촬영을 위해 주입되는 약물의 방사성은 몇 분.. 공감수 2 댓글수 0 2020. 4. 19.
[6강 원자 속으로] 원자력 에너지 1. 원자력 에너지의 배경과 발전 원자력 에너지는 엄청난 양의 에너지를 만들어 낼 수 있지만, 한편으론 방사성 폐기물 때문에 비난의 대상이 되기도 한다. 원자력 발전의 배경이 되는 과학은 제2차 세계대전의 맨헤튼 프로젝트로 거슬러 올라간다. 로버트 오펜하이머가 이끌었던 이 작은 물리학자 집단은 핵폭탄 3개를 만들어냈는데, 하나는 뉴멕시코 부근에서 시험폭파되었고, 1945년 8월에는 히로시마와 나가사키에 떨어져 전쟁 종결에 큰 역할을 해내었다. (물론 정말 많은 사람들이 희생되었다.) 전쟁이 끝난 후, 효율적으로 전기를 생산하는 방법의 일환으로 많은 나라에서 원자력 과학을 연구하였다. 과학자들은 농축 우라늄 원자(U-258) 하나에 중성자 하나를 충돌시키면, 석탄에 있는 탄소 원자를 태울 때 발생하는 열보.. 공감수 1 댓글수 0 2020. 4. 19.
[6강 원자 속으로] 동위 원소와 방사능 1. 동위원소란? 일반적으로 동위원소(isotope)는 같은 원소가 다른 크기로 존재하는 것을 말하는데, 크기에서 오는 차이 때문에 동위 원소는 서로 다른 성질을 갖게 되고 , 유용하게 이용될 수 있다. 특정 원소와 그 동위원소는 분명히 같은 원소이지만 중성자의 수가 다르다. 원소는 원자 번호, 또는 양성자 수를 통해 구별되고 숫자가 붙여지기 때문에 중성자를 얻거나 잃어도 원소 자체가 변하는 것은 아니다. 하지만 원자량이 차이가 있기 때문에 원소의 특성이 변하게 되는 것이다. 이는 전자를 얻거나 잃어서 형성된 이온과는 다른 것이다. 전자의 질량은 매우 작아 별 차이가 없기 때문이다. 특정 원소의 각 동위원소는 원자량이 다르기 때문에, 주기율표상에 표기되는 원자량은 그 원소에 존재하는 서로 다른 동위 원소.. 공감수 1 댓글수 0 2020. 4. 19.
[5강 에너지] 대체연료 언젠가 고갈될 화석연료와는 달리(지난 포스팅에서 이야기했듯, 자연이 새로운 화석연료를 만드는 데에는 3억년 정도의 시간이 걸린다.) 재생 가능한 에너지는 무한히 공급된다는 점에서 커다란 장점이 있다. 그렇다면 어디서 에너지를 얻느냐? 햇빛과 바람, 물, 식물 등에서이다. 1. 태양광 에너지 태양전지 패널이나 광전지패널을 통해 햇빛을 모아 전기를 만들 수 있다. 태양전지는 두 겹의 실리콘 층으로 구성되는데, 하나는 소량의 인(P) 불순물을 포함하고, 다른 하나는 소량의 붕소(B)를 포함하고 있다. 광자(햇빛 입자)들이 두 층 사이의 경계에 충돌하면, 전자를 들뜨게 만들어 인이 포함된 위쪽 층으로 흐르게 하고, 결과적으로 그 층은 전자를 얻었으니? 그렇다. 음전하를 띠게 된다. 자연스럽게 아래쪽 층은 양전하.. 공감수 1 댓글수 0 2020. 4. 16.
[5강 에너지] 화석연료와 전기 1. 화석연료에 대하여 천연가스, 석탄, 석유 등의 화석 연료는 고생대에 지구를 뒤덮었던 식물과 동물, 미생물의 잔해이다. 2억 5천만 년 전에 동식물이 죽으면서 그 잔해가 호수, 늪, 바다 등에 가라앉아 토탄(peat)이라는 부드러운 물질로 분해되었다. 시간이 흐르면서 그 위에 여러 겹의 지층이 쌓이고, 쌓인 지층의 무게로 인해 수분이 빠져나가면서 탄소 성분만 남게 되었다. 산업혁명이 일어남에 따라 공장을 가동시킬 수 있는 어마어마한 양의 연료가 필요하게 되자, 사람들은 두꺼운 지층을 파서 기름을 채취하고, 석탄이 풍부한 지층을 찾기 위해 산속 깊숙이 탄광을 뚫었으며, 천연가스를 얻기 위해 두꺼운 바위 층을 뚫었다. (이러한 연료들은 대부분이 탄소와 수소원소로 이루어졌기 때문에 화학명으로는 탄화수소로 .. 공감수 2 댓글수 0 2020. 4. 15.

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