화학 What If QuestionChapter 15 Acids and Bases질문 1. 만약 이 세상에 완충용액이 없다면 어떻게 될까?답변 A : 심한 운동을 할 수 없을 것이다.혈액은 가장 대표적인 완충 용액 중의 하나이다. 즉, 사람의 혈액은 탄산, 인산, 그리고 단백질의 조합으로서 pH를 일정하게 유지하고 있는데, 만약 pH 농도가 7.0 이하이거나 7.8 이상의 경우 즉시 사망한다. 사람이 심하게 운동을 하게 되면 근육에서 젖산이 생성이 되는데, 이 젖산의이온이 혈액 속으로 녹아 들어가게 된다. 기존의 혈액의 경우 탄산 이온과 반응해서 그 농도가 저절로 감소하지만, 이제는 그대로 pH가 높아져서 즉시 사망해버리게 될 것이다. 즉, 심한 운동을 하면 바로 사망해 버릴 것이다.답변 B : 옷감을 염색하기가 힘들 것이다.완충 용액은 산업 분야에서 직물을 염색하기 위한 염료를 이상적인 조건에 맞추어 놓는데 사용하고 있다. 만약 완충 용액이 없다면 이러한 과정을 거칠 수가 없을 것이다.답변 C : pH 미터기의 눈금 조정(calibration)을 할 수 없을 것이다.현재 산업적으로 pH 미터의 눈금 조정을 하는데, 완충 용액을 사용하고 있다. 하지만 만약 완충 용액이 없다면 이러한 과정을 거칠 수가 없을 것이다.질문 2 : 만약 카르복시산이 매우 강한 산이라면 어떻게 될까?답변 A : 식초를 먹을 수 없을 것이다.식초는 아세트산로서 대표적인 카르복시산 중의 하나이다. 그러므로 카르복시산이 강산이 되면 식초는 지나치게 시어서 도저히 식용으로 사용할 수 없게 될 것이다.답변 B : 레몬을 도저히 먹을 수 없을 것이다.레몬이 신 이유는 그 안에 풍부하게 들어있는 시트르산 때문이다. 시트르산의 구조식은 왼쪽 그림과 같다. 만약 시트르산이 더 강산이 된다면, 우리는 레몬이 너무 시어서 도저히 먹을 수가 없게 될 것이다.답변 C : 인간이 심한 운동을 하는 것이 위험해질 것이다.앞에서도 말 했듯이 인간이 심한 운동을 하면 근육에서 젖산이 생기게 되고, 이 젖산의이온이 혈액 속으로 녹아 들어가게 된다. 하지만 혈액은 완충 작용을 하기 때문에 이이온은 혈장 내에 존재하는이온과 반응하여를 새성하기 때문에, 혈액의 pH는 거의 변하지 않는다. 하지만 카르복시산이 매우 강한 산이 된다면, 혈액의 완충 용량으로 감당할 수 없게 되고, 결국 혈액의 pH가 적정 범위를 벗어나 인간이 위험하게 될 것이다.질문 3 : 만약 염산이 약산이라면 어떻게 될까?답변 A : 철을 제련하는 것이 어렵게 될 것이다.철을 제련하는 과정 중에는 pickling이라는 것이 있다. 이는 철의 표면에서 녹 같은 것을 제거하는 과정인데, 보통 18% 농도의 염산을 다음과 같은 반응을 통해서 철 표면의 녹을 제거한다.하지만 염산이 약산이 되어 반응성이 작아진다면 이와 같은 kqsdmd이 일어날 수 없기 때문에, 다른 강산을 써야만 할 것이다.
화학 What If QuestionChapter 13 Liquids and Solids질문 1. 물의 분자 간 인력이 2배가 된다면 어떻게 될까?답변 A : 물을 끓이는 데 시간이 더 오래 걸린다.어떤 액체에 열을 가해서 시간에 따른 온도의 변화를 그린 가열 곡선을 보면, 액체와 기체 상태의 부분 사이에 온도가 변하지 않는 일정한 구간이 있다. 이 구간은 가해준 열이 물의 분자 간 인력을 끊는 데 사용되는, 즉 상태 변화를 일으키는 데 사용되는 부분이다.하지만 물의 분자 간 인력이 2배가 되면, 그 분자 간 인력들을 끓는 데에도 그만큼 많은 양의 에너지가 필요할 것이다. 그러므로 더 많은 시간 동안 열을 가해 주어야 한다. 즉, 물을 끓이는 데, 더 강한 열을 사용하거나, 열을 더 오랜 시간 동안 가해주어야지만 끓일 수 있다. 그리고 물의 가열곡선에서 액체 상태와 기체 상태 사이의 온도가 일정하여 평평하게 나타나는 부분이 더 길게 나타날 것이다.답변 B : 땀이 마를 때 더 시원해진다.피부의 땀이 증발할 때 시원하게 느껴지는 이유는 물이 액체에서 기체로 기화할 때 주위의 열을 빼앗기 때문이다. 그리고 이 열은 기체 상태에서는 없고, 액체 상태에서만 있는 물 분자 사이의 분자 간 결합 에너지에서 기인한다. 물의 분자 간 인력이 2배로 더 세어진다는 것은 그 만큼 분자 간 결합 에너지도 더 커진다는 것을 의미한다. 그러므로 물이 액체에서 기체로 기화할 때 주위에서 더 많은 양의 에너지를 빼앗을 것이다. 즉, 땀이 증발할 때 몸에서 더 많은 양의 열을 빼앗을 것이기 때문에, 땀이 마를 때 우리 몸은 더 시원하게 느낄 것이다.답변 C : 물의 증기압이 감소할 것이다.물의 분자 간 인력이 2배로 더 강해지면, 그만큼 액체 상태의 물 분자가 분자 간 인력을 끊고 기체 상태로 되는 것이 더 힘들어 진다는 것을 의미한다. 그러므로 훨씬 더 적은 수의 액체 물 분자가 주어진 상태에서 분자 간 인력을 극복하고 액체 물 표면을 탈출할 수 있을 것이다.질문 2. 만약 런던 분산력의 크기가 쌍극자-쌍극자간 인력만큼 세진다면 어떻게 될까?답변 A : 드라이아이스가 더 단단해 질 것이다.이산화탄소 분자의 분자 구조는 선형으로서 이 분자는 비극성 분자이다. 즉, 쌍극자 모멘트를 가지지 않으므로, 고체 이산화탄소인 드라이 아이스내의 분자 간 인력은 쌍극자-쌍극자 간 인력이 아닌, 런던 분산력이다. 런던 분산력은 쌍극자-쌍극자간 인력이나 수소 결합력, 이온결합력 등에 비해서 매우 약한 힘이다. 그러므로 시중에서 아이스크림 등을 냉각시키는 데 사용되는 고체 드라이아이스는 매우 부서지기 쉬운 고체이다. 하지만 만약 런던 분산력의 크기가 쌍극자-쌍극자간 인력만큼 세진다면 고체 드라이아이스는 매우 단단한 고체가 될 것이다. 물론 탄소의 전기음성도가 산소의 전기음성도 보다 훨씬 작으므로 매우 강한 쌍극자 모멘트를 가지는 물 분자로 이루어진 얼음만큼은 아니겠지만, 상당히 단단한 고체가 될 것이다.답변 B : 비활성 기체의 끓는점과 녹는점이 더 높아질 것이다헬륨이나 아르곤, 크세논과 같은 비활성 기체의 분자는 단원자 분자로서 쌍극자 모멘트가 없다. 그런데도 액체나 고체를 형성할 수 있는 이유는 전적으로 런던 분산력 때문이다. 그리고 이 런던 분산력은 다른 분자간 인력에 비해서 매우 크기가 약하기 때문에 비활성 기체는 어는점이 매우 낮다.(가장 높은 크세논도 영하 111.9도.) 그러나 런던 분산력이 쌍극자-쌍극자간 인력만큼 세지면, 그만큼 이들 비활성 기체의 끓는점과 녹는점이 높아질 것이다. 그러면 상업적으로나 공업적으로나 액체 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논 등을 얻는 것이 더 쉬워질 것이다.답변 C : 액체 질소를 더 쉽게 얻을 수 있다.이산화탄소와 같이 질소도 쌍극자 모멘트가 없는 무극성 분자이다. 그러므로 액체 질소가 존재할 수 있도록 해주는 질소 분자사이의 분자 간 인력은 쌍극자-쌍극자 간 인력이 아닌, 런던 분산력이다. 이 런던 분산력이 더 커진다는 것은 곧 질소 분자 사이의 분자 간 인력이 더 커진다는 말이며, 이는 좀 더 쉽게 기체 분자가 액체 분자로 액화될 수 있다는 것을 의미한다. 즉, 질소의 끓는점이 더 높아질 것이다. 그러면 현재에는 액체 질소를 얻기 위해 기체 질소를 영하 196도 까지 냉각해야 하지만, 덜 낮은 온도까지 냉각시켜도 액체 질소를 얻을 수 있으므로, 적은 비용으로 손쉽게 액체 질소를 얻을 수 있을 것이다.질문 3. 철이 만약 금속 결합으로 이루어져 있지 않고, 염화나트륨처럼 다른 비금속 원소와 함께 ionic solid를 형성한다면 어떻게 될까?답변 1 : 철은 더 이상 건축 자재로서 쓰일 수가 없다.이온 결합으로 이루어진 ionic solid는 외부에서 가해지는 변형력에 대해 매우 약하다. 소금의 경우 겉으로 보기에 그 결정이 비교적 단단해 보이지면 측면으로 어느 정도의 충격만 주면 쉽게 부서진다. 죽, 조금만 측면으로 밀려도 반대로 대전된 이온들 사이의 척력이 강하게 작용하기 때문에 쉽게 부서지고 마는 것이다. 철의 경우에도 마찬가지가 일어날 것이다. 철이 만약 건물의 골격을 형성하는데 쓰인다고 하자. 그러면 만약 조그마한 사고에 의한 충돌로 그 골격에 측면으로 조그마한 충격만 가해진다고 해도 그 골격 자체에 큰 금이 가게 될 것이고, 얼마 안 가 그 건물은 모두 무너지게 될 것이다.
2D 작업을 위한 사전과제작품 : 램브란트의 “야경”213456789101번 포인트미술가 : 같은 흰색을 표현해도 마치 빛이 나는 것처럼 표현하는 방법은 무엇인가?문학가 : 마치 빛을 내는 것처럼 보이는 이 여인의 정체는 무엇인가?과학자 : 어떻게 광원을 배치하면 마치 한 곳에서 빛이 나는듯한 효과를 가져올 수 있는가?역사학자 : 신적인 존재인 것 같은 이 여인을 램브란트가 그림에 삽입한 이유는 무엇인가?2번 포인트미술가 : 어떤 색채와 명암을 사용하면 작고 왜소한 듯한 효과를 낼 수 있는가?문학가 : 이 작고 투구를 쓴 무인의 정체는 무엇인가?과학자 : 유전학적으로 왜소증이 저렇게 일어나는 것이 가능한가?역사학자 : 램브란트의 시대에 왜소증이 사람들에게 어떤 의미를 가져다 주었는가?3번 포인트미술가 : 새의 깃털의 촉감과 재질을 실감 있게 표현하려면 어떻게 해야 하는가?문학가 : 이 남자는 왜 새의 깃털과 같은 도구를 손에 들고 있는가?과학자 : 새의 깃털을 오래도록 반영구적으로 보존하려면 어떻게 해야 하는가?역사학자 : 램브란트 시대의 유럽에서 깃털이 가지는 상징적 의미에는 무엇이 있는가?4번 포인트미술가 : 사람의 인상을 표현하는 데 있어서 음침하고 해골과 같은 분위기를 잘 내려면 어떻게 해야 하는가?문학가 : 남자 뒤를 따라오는 이 늙은 해골과 같은 존재는 무엇인가?과학자 : 어떤 영양학적, 사회적 환경이 인간의 인상을 마치 해골과 같이 보이게 할 수 있는가?역사학자 : 기독교인들에게 해골은 어떤 의미를 가지는가?5번 포인트미술가 : 털이 많고 멀리 있는듯한 효과를 주기 위해서는 어떤 색채와 물감을 주어야만 하는가?문학가 : 이 그림에서 이 고양이는 갑자기 왜 나타나서 어디로 가는 것인가?과학자 : 고양이의 행동 습성에 따르면 밤에 강한 소음과 빛을 받으면 어떻게 행동하게 되는가?역사학자 : 서양 미신 중에서는 고양이를 대단히 좋지 않게 보는 경향이 있다. 이 미신적 경향이 램브란트의 그림과 어떤 연관을 가지는가?6번 포인트미술가 : 멀리 있는 거미줄이나 망사의 가는 줄을 표현하면서도 원거리에 있음을 나타내려면 어떻게 해야 하는가?문학가 : 건물의 벽에 걸려있는 거미줄과 같은 이 물체는 왜 존재하는가?과학자 : 어떤 임의의 두께의 줄이 보일 수 있는 최대의 한계 거리를 과학적으로 계산할 수 있는가?역사학자 : 역사적으로 거미가 신학과 가지는 연관성은 무엇인가?7번 포인트미술가 : 천이 자연스럽게 축 처진 것같은 느낌을 효과적으로 표현하는 방법은 무엇인가?문학가 : 건물의 벽에서 축 처진 이 천은 무엇을 위한 것인가?과학자 : 가장 이상적으로 벽에서 매끄럽게 처지게 하기 위한 천의 재질은 어떻게 되어야 하는가?역사학자 : 측면을 통해서 어렴풋이나마 보이는 천의 문양은 기독교적으로 어떤 의미를 지니는가?8번 포인트미술가 : 북을 힘차게 치는 사람의 느낌을 가장 잘 표현하기 위해서 그 사람을 보는 관찰자의 위치는 어디에 놓는 것이 가장 좋은가?문학가 : 이 행렬에서 북치는 사람이 등장하는 이유는 무엇인가?
Chapter 12 Inheritance Patterns and Human GeneticsSection 1Q1. 염색체 돌연변이에 의한 유전병에는 무엇이 있으며, 각각의 증상에는 무엇이 있는가?1. 묘성 증후군묘성증후군(cat cry syndrome)이라는 것이 있는데, 이는 염색체 중 5번 염색체에 결실이 일어나서 생기는 것이다.묘성증후군은 5번 염색체의 일부가 소실되어서 나타난다. Jerome Lejeune 가 1963년 발견하였으며 이 증후군은 약 2만에서 5만명에 1명 꼴로 나타난다. 모든 인종에 대해서 나타나고 여성에게서 조금 더 많다.이 증후군은 마치 영아 때 울음소리가 고양이와 같다고 해서 붙여진 이름이다. 이것은 후두 발육이 불완전해지기 때문이다. 그 외에도 정신지체, 둥근 얼굴, 넓은 미간, 손금 이상, 평발, 짤은 목 등이 나타나며, 심장 질환이 있기도 한다. 일부 영아들은 우울증과 폭력성을 보이기도 한다. 특별한 치료법은 아직 없으며 대개 어릴 때 사망한다.2. 터너 증후군1938년 터너가 발견한 것으로 여성의 성염색체가 원래의 XX 가 아니라 X 하나만 있을 때 생긴다. 외관성으로는 여성이지만 키가 작아서 성인이 되어서 140cm 정도 밖에 되지 않는다. 불임이 되며, 터너증후군인 태아의 95%는 자연 유산된다.3. 클라인펠터 증후군1942년 H.F.클라인펠터가 기재한 성염색체이상증후군으로서 정상인의 성염색체형은 남성 XY, 여성 XX를 나타내지만, 이 증후군에서는 성염색체형이 XXY, XXYY, XXXXY 등의 여러 가지 이상한 형태를 나타낸다. 증상으로는 외관적으로는 남성이지만 2차 성징이 일어나지 않으며 불임이다 .치료는 2차 성징의 촉진을 위하여 호르몬요법에 의한 남성화를 시도한다.4, 에드워드 증후군이 증후군은 양친 중 어느 한 쪽에서 생식 세포를 만들 때 18번 상염색체에서 비분리가 일어나서 생긴다. 그러므로 18번 염색체가 3개가 되게 되고 핵형이 2n=47이 되게 된다. 정신 지체, 작은 귀와 코, 기형 심장 등이 특징이다.5. 다운 증후군양친 중 어느 한 쪽에서 생식 세포를 형성할 때 21번 상염색체가 비분리 된다. 따라서 21번 염색체가 3개가 된다. 얼굴 모양을 빗대어서 예전에는 몽골리안 증후군이라고도 불렀다. 정신 지체, 심장 기형 등이 일어나며, 눈 사이가 멀고, 혀가 두껍고 크다. 산모의 연령이 높을수록 이 병에 걸릴 빈도가 높다.
Chapter 10 DNA, RNA and Protein SynthesisSection 1 Discovery of DNASection 2 DNA StructuresQ1. 박테리오파지는 생물인가, 무생물인가?박테리오파지는 넓은 범위에서 바이러스에 속한다. 바이러스는 생물의 특징과 무생물의 특징을 동시에 가지고 있다. 즉, 바이러스도 숙주 세포에 기생하여 증식을 하며 자신의 유전정보를 유전한다. 그러나 바이러스는 스스로 대사활동을 할 수 없고, 숙주 세포의 도움 없이는 번식 또한 할 수 없다. 무생물이라는 의견도 많지만 대체로 생물체로서 간주된다.Q2. 박테리오파지의 구조는? 박테리오파지의 구조박테리오파지란 대장균 등 세균에 기생하여 살아가는 세균성 바이러스를 말한다. 여기에는 T형 파지,형 등이 있는데, T형 파지는 올챙이(tadpole)을 닮은 과 같은 파지를 말한다. T형 파지에도,,등 여러 가지 종가 있다. 그 중 대장균에 기생하는 것은파지이다. 파지는 머리와 꼬리부로 이루어져 있으며, 머릿속에는 DNA가 들어있다. 몸의 껍질은 주로 단백질로 이루어져 있다.Q3. 박테리오파지의 생활상은?파지가 꼬리부를 세균에 부착시키고 자신의 DNA를 세균 내에 주입하되 단백질 껍질은 외부에 그대로 남는다. 그러면 대장균 내에파지의 DNA가 남게 되는데, 이 DNA가 대장균의 효소를 이용해서 다량의 DNA 분자를 합성한다. 이 DNA가 전사되어 단백질 껍질이 다시 만들어 지고, 이 단백질 껍질과 DNA 가 합쳐져서 새로운 파지가 생성된다. 이 다량의 파지는 숙주 세포인 세균을 파괴하고 외부로 나온다. 이 모식도가 이다.