[일반화학] 생활의 화학 제1장 (1)

목적: 화학에 대한 기초지식 습득 및 화학의 중요성 인식

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1. 화학의 정의

물질의 성질, 조성, 구조 그리고 물질의 변화(화학반응), 물질과 물질의 변화에 수반되는 에너지의 변화, 물질과 물질의 변화를 지배하는 원리나 법칙에 관해서 연구하는 자연과학의 한 분야.

- 자연과학: 우주에 관해서 지식을 탐구하는 학문

- 우주: 질료(substance)를 포함하는 개념인 물질(matter)로 구성

- 에너지: 화력발전(석탄→천연가스), 원자력발전

- 에어로졸(aerosol): 액체나 고체의 입자가 주로 공기와 같은 기체 내에 미세한 행태로 균일하게 분포되어 있는 상태(예: 연기, 안개, 구름 등)

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2. DNA

DNA연구는 생체물질을 다루는 생화학의 일부이며, 화학과 물리학을 생물학과 연결하는 자연과학이다. 2000-2003년 인간 DNA 지도가 연구되어 모든 성분의 위치를 확인하였다. 현재 진행되는 연구는 다음과 같은 것들이 있다.

1) 인간, 다른 동물 및 식물의 건강을 증진하는 신제품 개발

2) 유전병의 이해 및 유전병 치료제 개발

3) 병을 예방하거나 치료를 위한 개인의 유전자 조성의 변형

4) 약이 개인마다 차이가 있는 이유의 연구

5) 개인의 유전자 조성에 정확히 일치하는 신약 개발

6) 개량된 농산물과 동물 개발

7) 원하는 화학제품을 대량 생산할 수 있는 유전적으로 변형된 박테리아 참조

8) 진화를 더 잘 이해하기 위한 유전정보 이용

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>> GMO(genetically modified organism)

Bt옥수수, 콩(대두), 목화, 카놀라(유채), 토마토 등의 유전자재조합생물체를 말한다. GMO를 반대하는 사람들은 GMO가 인체에 해로울 수 있음과 함께 생태계 교란 가능성, 종자개발로 토종종자의 소멸 가능성 등을 근거로 든다.

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3. 냉매 개발(응용과학의 예)

냉매에는 열을 제거하는데 이용되는 매체(coolant)(증발을 할 때 열을 흡수하고 응축할 때 열을 방출하는 유체)와 냉동사이클을 작동시키는데 필요한 작업물질(refrigerant)(중단 없는 증발과 응축의 순환)이 필요하다. 예컨대 암모니아, 이산화탄소, 이산화황, 염화메틸, 염화메틸렌, 프레온 등이다. 1900년도 초반에 냉매로 사용한 유체는 대부분 가연성이고 유독하였다. 이에 Thomas Midgley가 플루오린을 이용하여 위해성이 적은 염화플루오르화 탄소를 개발하였다.

CFC

>> CFC(염화플루오르화 탄소)(= Freon)

메테인(CH4)의 유도물질인 사염화탄소(CCl4)의 염소를 플로오르로 대치하였다. 독성이 적고 안정하며 불에 타지 않았기 때문에 상업적으로 잘 쓰였다. 1950-60년대에 에어로졸통의 추진제, 베개 및 가구 쿠션에 사용되는 폴리우레탄 발포제 등으로 사용하였다.

프레온(freon)은 플루오르화 탄화수소류에 대한 상품의 이름이다. Freon-12(CCl2F2)(사염화탄소 이용), Freon-22(CHClF2)(클로로포름 이용), Freon-113(CCl2F-CClF2)(육염화에탄 이용)

일반적으로 무색, 무취의 가스 또는 끓는점이 낮은 액체로 알코올, 에테르에 녹는다. 화학적으로 안정하여 금속을 부식하지 않는다. 냉매, 에어로졸 분무제, 플루오르 수지 원료, 소화제, 추출제 등으로 사용될 수 있다. 그러나 1980년대에 CFC는 안정한 상태로 성층권으로 확산되어 오존과 반응하여 오존을 파괴한다는 것이 알려졌다. 1987년 CFC의 사용을 줄이기 위한 법안이 마련되었다.

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4. 과학의 구분

1) 기초과학(기초연구): 단기간의 응용을 목적으로 염두하지 않고 우주에 관한 지식을 추구하는 것을 말한다. 세포 내에서 DNA기능을 저확히 알기 위해 오랫동안 연구한 생화학이 그것이다.

2) 응용과학: 어떤 특정문제를 해결하기 위해 명료한 단기간의 목표를 가진 과학이다. Midgley의 더 나은 냉매에 관한 연구과 그것이다.

3) 기술: 사회, 경제 및 산업의 관계에서 과학을 응용하는 모든 방법을 말한다. CFC를 사용하는 냉장고, 자동타에어컨 등이나 생명공학(DNA조작)을 이용한 새로운 의약품이나 다른 상용제품을 생성해내는 것 등을 말한다. 과학적 발견의 형태에 상관없이 발전과 그 기술의 응용 간에는 상당한 기간이 필요한다.

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5. 화석연료(석탄, 석유, 천연가스) : 재생되지 않는 한정된 연료

화석연료는 직, 간접적으로 다양하게 이용된다. 여러 종류의 운송기기의 연료, 엔진을 가동하여 산업제조과정 작동원리, 가옥의 냉난방, 전기생산, 곡물의 성장 촉진 및 추수/운반/요리 등의 활동, 의약품 등에 사용된다. 그러나 화석연료의 연소산물인 이산화탄소와 수증기 같은 온실기체가 열 복사선을 흡수하여 지구온난화를 유발하는 것이 점점 명확해지고 있다.

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6. 신기술의 사용

신기술 사용에 따른 이점에 대한 위험을 분석하여야 하는데, 위험분석에 작용하는 요소는 다음과 같은 것들이 있다. (위해분석하버드센터: HCRA 위험전망)

1) 공포수준 : 심장마비와 암 중 어느 것이 더 무서운가?

2) 통제 : 통제 가능할 때 안전을 느낀다.

3) 자연 또는 인위적 위험 : 자연적 위험은 덜 걱정한다.

4) 선택 : 당신은 위험한 활동을 선택하는가?

5) 어린이의 관여 : 성인이 감당할 수 있는 위험을 아이들이 감당하지 못 할 수 있다.

6) 새로운 위험 : 새로이 느끼는 위험은 오래된 위험보다 더 나쁘게 보인다.

7) 인식 : 단순히 더 많이 인식하는 것은 그 위험을 실제 위험보다 더 심각하게 한다. (대중매체의 노출빈도)

8) 위험이 당신에게 일어날 수 있는가 (예: 911테러 전후의 미국인들의 테러에 대한 인식차이)

9) 신뢰 : 우리가 신뢰하지 않는 것에 의해 가해지는 위험보다 신뢰하는 것에 의한 위험이 더 쉽게 받아들여진다.

10) 위험과 이점의 상쇄 : 이점은 위험을 더 받아들이게 하는 경향이 있다.

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>> 위험관리

위험을 강조하는 것은 과학자들의 영역이지만 위험의 수용결정은 사회적 문제이다. 위험에 관한 사회적, 경제적 및 정치적 문제를 통합하는 판단과 지적 그리고 유연한 자세로 위험에 대한 주시가 필요하다.

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>> 케모포비아(Chemophobia) : 화학에 대한 이유 없는 공포

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>> 자연적인 위험과 인위적인 위험의 위험비교

독성연구가들은 일반 미국 식품에 자연적인 발암원인 화합물이 합성물질보다 10,000배 더 포함되었다고 추정한다.

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>> 유독물질의 검출능력

- pph : parts of hundred, 백분율, 100g 당 몇 g인가

- ppm : parts of million, 백만분율, 1,000,000g 당 몇 g인가

- ppb : parts of billion, 10억분율, 1,000,000,000g 당 몇 g인가

- ppt : parts of trillion, 1조분율, 1,000,000,000,000g 당 몇 g인가