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비대칭성이란 무엇이고 어떻게 나의 분자들에 들어와 있을까? - 마이클 에반스(Michael Evans)

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    초기 유기화학시대의 화학자들은,
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    분자는 원자로 구성되고 화학결합을 통해
    연결되어 있다고 이해 했습니다.
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    그러나, 3차원 구조를 가진 분자들은
    직접 볼 수 없어서 아주 불분명 했죠.
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    분자들은 간단한 연결 그래프로
    표현되었죠, 여기에 보이는 것처럼요.
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    19세기 중엽의 상식적인 화학자에게
    이러한 평면적 표현으로는,
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    그들의 수많은 관찰결과를
    설명할 수 없었다는 건 분명했어요.
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    하지만 화학이론은 3차원 분자구조를
    만족스럽게 설명해 줄 수 없었죠.
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    1874년, 밴트 호프라는 화학자가
    놀라운 가설을 발표했습니다.
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    포화 탄소원자 4개의 결합이
    4면체의 꼭짓점을 가리킨다는 것이었죠.
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    그의 가설을 이론적으로 증명할
    양자혁명까지는 25년 이상 걸릴겁니다.
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    그런데, 밴트 호프는 그의 이론을
    [선광]을 이용하여 입증했습니다.
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    밴트 호프는 네개의 다른 원자 또는
    그룹 중앙에, 탄소를 포함한 화합물만이
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    평면 편광 회전한다는 것을
    알아차렸습니다.
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    확실히, 이런 종류의 화합물에는
    어떤 독특한 것이 있습니다.
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    여기 두개의 분자를 보시죠.
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    각기 중앙의 4면체의
    탄소원자에 의해 특성화되어,
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    4개의 서로다른 원자와 묶여있습니다.
    브로민, 염소, 불소 그리고 수소죠.
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    두 분자가 같을것이라 결론 짓는것으로
    여겨질 수 있을지 몰랐습니다,
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    그것들이 무엇으로 구성되었는지
    우리끼리만 고려한다면요.
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    하지만, 정말 똑같은지 확인하기 위해
    두 분자가 완벽하게 겹치는지 보시죠.
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    우리가 원하는 대로 두 분자를
    돌리고 변형할 수 있다고 합시다.
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    그런데 놀랍게도,
    분자를 어떻게 움직이던
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    두개를 완벽하게 겹치는 것은
    불가능하다는 것을 알았습니다.
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    이제, 여러분의 두 손을 보시죠.
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    여러분의 두 손은, 같은 부분을
    갖고있다는 것을 확인하세요.
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    엄지, 손가락, 손바닥 등이요.
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    위에 말한 두 분자와 같이, 두 손은
    같은 요소들로 구성되어 있습니다.
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    게다가, 손가락의 사이간격도 같습니다
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    검지는 중지 다음에 있고,
    그 옆에는 약지가 있는 등등.
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    우리의 분자가설과 똑같이 적용됩니다.
    그들의 모든 내부 간격이 똑같고요.
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    그들 사이의 유사성에도 불구하고,
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    여러분의 손과 우리의 분자는
    확실히, 같지 않다는 것입니다.
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    여러분의 손을 다른 손에
    완벽하게 겹치려고 해 보세요.
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    좀전에 분자들로 했던 것처럼,
    완벽하게 되지 않는다는 것을 아시죠.
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    이제 손바닥을 다른쪽으로
    향하게 놓아 보세요.
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    검지 손가락 두개를 흔들어 보세요.
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    여러분의 왼손이 마치 오른쪽에서
    거울을 보는것과 같다는 걸 알겠죠.
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    다른말로, 여러분의 손은
    '거울이미지 (경상)'인 것입니다.
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    우리의 분자도 마찬가지입니다.
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    분자들을 돌리면 하나가 다른하나를
    거울로 비춰보게 됩니다.
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    여러분의 손과 우리의 분자는
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    [분자 비대칭성]이라는 공통의 공간적
    속성을 가진 '좌우상' 이라고도 하죠.
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    분자 비대칭성이란 바로
    지금 설명한 것을 의미 하는데요,
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    비대칭 물체는 거울이미지와
    정확히 일치하지는 않습니다.
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    비대칭 물체는 화학과 일상 생활에서
    아주 특별한데요,
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    예를들어, 나사또한 비대칭입니다.
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    그것이 바로 '왼나사'와 '오른나사'가
    왜 필요한지의 이유입니다.
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    그리고 믿건 말건, 어떤 형태의 빛은
    비대칭 나사와 같은 반응을 보입니다.
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    모든 선형으로 압축된 평면편광 빔은,
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    우로가는 부분과 좌로가는 부분이
    같이 회전하며 만들어 내는 것입니다.
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    비대칭분자는 이러한 빛줄기 안에서,
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    두 비대칭 요소와 서로 다르게
    상호작용을 하는 것입니다.
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    결과적으로 빛의 한 요소는
    다른요소에 비해 일시적으로 느려집니다.
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    빛줄기에 미치는 영향은
    최초 빛의 면에 의한 회전인거죠.
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    아니면, [선광]이라고도
    알려져 있습니다.
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    밴트호프와 후대의 화학자들은,
    4면체 탄소의 비대칭 이치가
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    이 흥미로운 현상을 설명할 수
    있다는 것을 깨달았습니다.
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    분자 비대칭성은 화학에서 모든 흥미로운
    현상을 관할하고 일상생활도 마찬가지죠.
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    인간은 대칭을 좋아하는 경향이 있어요.
    그래서 주위를 보면,
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    사람에 의해 만들어진 비대칭 물체는
    드물다는 것을 알겁니다.
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    그러나 비대칭 분자는 분명히
    모든곳에 있습니다.
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    선광같이 독립적인 현상들도,
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    함께 가구에 나사를 조이는것도,
    박수를 치는것도,
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    모두 이러한 흥미로운 공간 속성과
    관련이 있습니다.
Title:
비대칭성이란 무엇이고 어떻게 나의 분자들에 들어와 있을까? - 마이클 에반스(Michael Evans)
Description:

비대칭성의 흥미로운 특성에 대한 이 강의를 보시고, 분자특성에 대한 여러분의 이해도를 높여 보세요. 거의 똑같아 보이지만 완전한 거울이미지 처럼은 아닌 두 분자의 신비한 유사성을 이해하는 데에, 여러분의 손이 바로 그 비밀입니다.

강의: 마이클 에반스(Michael Evans)
영상제작: 사프와트 살림, 콰에드 퉁(Safwat Saleem and Qa'ed Tung)
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:05

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