9 장물 물의구조물분자의화학결합융해열과기화열의역활끓는점에미치는기압의영향승화와표면장력음식준비에있어서물의역할경수와연수인체와물 결합수, 경수, 극성분자, 기화열, 녹는점, 매체, 밀도, 끓는점, 수소결합, 승화, 용매. 용질, 용해도, 유화액, 유화제, 융해열자유수, 잠열, 콜로이드분산, 표면장력
10 장산과염기 이온화와산과염기의형성과정산과염기의특성 ph 척도를이용해서물질의산도비교산의농도를결정하기위해몰농도와적정을사용산과염기의강도와농도의개념식품에서의산과염기의특성을비교신체건강에서 ph 의중요성 ph 척도, 농도, 당량점. 몰농도, 산, 지시약, 염기, 완충제이온화, 적정, 중성, 중화
11 장에너지 열측정단위분자운동과온도의관계열전달의과정식품에서일어나는화학작용의속도에영향을미치는요인식품섭취량과체중의관계 거식증, 과식증, 대류, 마이크로파, 복사, 비만, 비열, 에너지, 열, 전도, 절대영도, 줄, 칼로리, 킬로칼로리
12 장영양학의기초 영양학의역사호흡과산화의역할필수영양소영양지침들의작성과사용식사지침과건강한음식선택식품라벨활용한식품의영양소비교식품피라미드이용한메뉴계획영양과신체의건강 괴혈병, 산화, 영양권장량, 영양, 영양섭취기준, 영양소, 1 일섭취량, 영양밀도, 필수영양소, 호흡, 효소
13 장소화 소화관의부분을순서대로이해각소화관에서일어나는과정을이해소화에서효소의기능소화에서부속기관의역할영양소들의흡수과정 담즙, 분문괄약근, 소화, 소화관, 식도, 연동운동, 유문괄약근저작, 췌장액, 침, 후두개
14 장대사 대사의목적과대사진행에필요한조건대사에서의에너지역할동화작용과이화작용신체에서에너지를저장하거나운반하는과정세포가화학적균형을유지하는과정대사속도에영향을미치는요인들기초대사와활동대사와에너지의관계체중감소와대사, 운동습관 글리코겐, 기초대사, 기초대사율, 동화작용, 반투과성, 삼투, 세포막, 세포질, 대사, 대사율, 아데노신 3 인산, 이화작용, 자발적활동, 젖산, 항상성
15 장탄수화물 탄수화물이만들어지는화학반응단순탄수화물과복합탄수화물의분자구조당류의특징글루코겐캐러멜화아밀로오스와아밀로펙틴의구조와조리특성혈당조절과당뇨병과그합병증전분의호화, 풀, 노화, 이액 가수분해, 과포화, 광합성, 포도당, 노화, 당류, 수산기아밀로오스, 아밀로펙틴, 이액, 전화, 점도, 호화, 중합체, 캐러멜화, 탄수화물, 호르몬
16 장지질 지질의종류 ; 중성지질, 인지질, 스테롤지방산과트리글리세리드포화지방산과불포화지방산의구조트리글리세리드의성질지질의조성과기능콜레스테롤과심장병건강한식생활을유지하기위한지질의양 단일결합, 동맥경화, 발연점, 불포화점, 산패, 수소화, 이중결합, 인지질, 지단백질, 지방산, 지방조직, 지질, 카르복실기, 콜레스테롤, 트리글리세리드, 포화지방, 혈전
17 장단백질 단백질의화학구조펩타이드결합과폴리펩티드변성및응고과정 ; 조리에서단백질의응용식품에들어있는단백질의종류달걀단백질과저장단백질의체내기능필수아미노산과완전단백질식이단백질급원으로서식품평가 거품, 고분자, 고품질단백질, 글루텐, 난백, 변성, 불완전단백질아민기, 아미노산, 알끈, 완전단백질, 응집, 펩티드결합폴리펩티드, 필수아미노산, 항체
19 장효소 촉매로서의효소의기능효소와기질의관계효소와조효소의기능및활성효소와소화작용효소활성에영향을주는요인효소작용과식품조리 기질, 데치기, 조효소, 촉매, 파파인, 활성부위, 활성화에너지효소적갈변
20 장용액과콜로이드분산액 용액의성질질량백분율 (%) 을이용한용액의농도계산콜로이드분산액의성질콜로이드분산액의종류 ; 유화액, 거품 균질화, 분산상, 불포화, 연속상, 응집물, 질량백분율틴들효과, 포화
21 장팽창제 제빵류에팽창제를사용하는목적천연팽창제베이킹파우더와베이킹소다의화학작용효모의역할퀵브레드와다른제빵류의차이점케이크에사용되는팽창제의종류 단일반응베이킹파우더, 발효, 베이킹소다, 베이킹파우더이중반응베이킹파우더, 퀵브레드
전기음성도 : 원자가전자를잡아당기는힘
전자가두원자중한쪽에더강하게끌리면전기적으로비대칭분배를나타나게된다. 이런결합을극성결합이라고한다. 극성결합은원자가전자를당기는힘즉전기음성도의차이때문에나타난다. 주기율표에서왼쪽에위치한금속원소들은전기음성도가약하고, 오른쪽에위치한비금속원소들은전기음성도가강하다
1. 물분자 1) 극성공유결합 물분자는 2 개의수소원자가하나의산소원자와공유결합 물분자의특성에영향을끼치는매우중요한요소는전기음성도이다. - 화학결합에서원자가전자를얼마나강하게끌어당기는지를측정한것이다.
산소는수소보다훨씬전기음성도가크다. 따라서산소가공유전자를더강하게끌어당기기때문에전자는산소원자에더가깝게이끌리게된다. 산소부분은약간음성을, 수소부분은약간양성을띠게된다. - 극성분자란서로반대의전하로하전되어있는분자이다. ( 극은반대를의미한다 ). - 극성분자내의결합을극성공유결합이라고부르며, 그결과로생겨난물질들을극성공유화합물이라고부른다.
물분자의산소부분은음성이고반면수소부분은부분적양성이다. : 극성분자 수소원자가 105 O 각도형성
전자의배열이분자의모양에영향을미친다. Ex) 중앙원자주변에 4 쌍의공유전자가있다면이들은가능한떨어져있기위해사면체의각도로배열된다. (ex CH4) - 물의구조는공유되는전자쌍이이보다적기때문에, 공유되지않은전자의쌍은공유된전자의쌍보다더많은공간을차지해서공유된전자쌍이서로더밀착된다. - 따라서수소원자의핵들과산소원자의핵사이의각도는완벽한사면체의 109.5 가아닌 105 이다.
수소결합 부분적인음전하를띠는산소원자는다른물분자의부분적양전하인수소원자를끌어당기어서로약하게결합하는데, 이결합을수소결합이라고한다. 즉수소결합이란수소가강한전기적음성을가진원자에공유결합되어있을때, 전기적음성도가높은원자와수소사이에서서로끌어당기는힘이다
수소결합화학에서수소결합 ( 水素結合 ) 은 N( 질소 ), O( 산소 ), F( 플루오린 ) 등전기음성도가강한원자와수소를갖는분자가이웃한분자의수소원자사이에서생기는인력으로일종의분자간인력 ( 분자사이에끌어당기는힘 ) 이다. 수소결합을하는물질은분자량이비슷한다른분자들에비해녹는점과끓는점이높고, 융해열과기화열이크다. 수소결합은분자내에서일어나는원자간의화학결합이아니라분자사이에서일어나는인력으로, 화학결합과는다르며다른종류의 ' 분자간인력 ' 보다훨씬강해수소 ' 결합 ' 이라고부를뿐이다. 하지만원자간결합보다는약하여열등의외적요인으로도쉽게분리될수있다. 수소결합을하는물질은물에잘녹는다. 물과수소결합을하여용매와용질사이의인력이강해지기때문이다
물 (H 2 O) 플루오린화수소 (HF) 암모니아 (NH 3 ) 에탄올 (C 2 H 5 OH) 메탄올 (CH 3 OH) 아세트산 (CH 3 COOH) 수소결합이나타나는예 (-OH, -COOH, -NH₂) 와결합하는경우포도당, 설탕, 녹말, 단백질등많은물질에서수소결합이나타난다. 예 1) H-O-H O-2H ( 물의수소결합 ) 예 2) H-F H-F ( 플루오린화수소의수소결합 )
2. 물의특성 1) 냉동과융해녹는점은물질이고체에서액체로변하는온도를말한다. 물의녹는점은물과같이작고가벼운분자에서예상하는온도보다훨씬높다. 왜냐하면물분자들사이의강한수소결합을분리하기위해서는상당한에너지가필요하기때문이다.
일반적으로액체의온도가내려가면, 원자나분자사이의거리가점점가까워지면서더욱규칙적이고, 보통은더촘촘해진구조를가진다. 따라서고체구조는매우조밀하여거의압축될수없는상태가된다. - 고체의결정구조는액체상태일때보다 단위부피당질량의비율인밀도를높게한다 (d=m/v).
고체상태의물분자는수소결합에의해규칙적인배열을하게되므로, 상당히열린공간을포함하고있다 물이 0C 에서얼음으로변할때분자들은액체보다밀도가 10% 정도낮은고체로배열된다. 이러한이유때문에찬음료수에서얼음이뜨고빙산이바다에서떠다니는것이다.
물은온도가내려감에따라부피가작아져 4C 에서최소로되며밀도는최대가된다 4C 물 1ml 의무게는 1g, 밀도는 1g/1ml
비중이란어떤물체의단위중량과순수한물 4C 일때단위중량의비를말한다물을기준으로하여다른물체를비교한것 비중 =( 물과같은부피의물체의질량 )/( 물체와같은부피의 4C 물의질량 ) = ( 물체의밀도 )/( 물의밀도 )
잠열은온도변화없이상태변화에필요한에너지이다잠열의종류 ; 융해열, 응고열증발열 ( 기화열 ), 응축열승화열 (1) 융해열 냉장고에서 0C 의물과 0C 의얼음중에서어느것이식품을더오랫동안차갑게할것인가? 둘다같은온도지만얼음이음식을더오랫동안차갑게할것이다. - 그이유는잠열의일종인융해열때문이다. - 융해열은 1.0g 의물질을고체에서액체로바꾸기위해필요한에너지이다.
- 물의융해열은 80cal/g 으로 1.0g 의물을고체에서액체로바꾸는데 80 칼로리가필요하다는것을의미한다. - 얼음이녹으면온도의상승없이열에너지를흡수하여물분자들을녹기위해에너지를사용한다. - 즉 1g 의얼음은녹으면서 80 칼로리의에너지를흡수하기때문에식품이시원하게보관된다. 이에비해찬물은그주위환경온도에따라따뜻해지는데 1g 당 1 칼로리를흡수하면서 1 C 온도가상승하게된다. 물이냉동될때는열에너지가얼음으로부터방출된다. 즉 1.0g 의액체물에서 80 칼로리의열에너지가방출되면얼음 1g 이된다. ( 응고열 )
2) 기화와응축액체의끓는점은액체의수증기압이액체위의대기압과같아지는온도를말한다. 정상기압에서물은 100C 에서끓는다. 녹는점처럼물의끓는점도물의구조를생각하면매우높은편이다. - 수소결합때문으로분자사이의수소결합을끊고물을수증기로변하게하는데에는많은에너지가필요하기때문이다. 물이수증기로상태변화를할때도잠열이필요한데이를기화열이라고한다. 즉기화열이란 1.0g 의물질이액체상태에서기체상태로변하기위해필요한열의양이다.
융해열과기화열은상태변화를유발하기위한에너지를측정한것이다
물의기화열은 540cal/g 으로 1.0g 의액체상태의물을수증기로변화시키는데 540 칼로리가필요하다는의미이다. 융해열처럼기화열도물질의온도를증가시키지는않는다. 즉상태변화중에물질의온도는변하지않는다. 녹는동안에흡수된열이어는동안에다시방출되는것처럼, 액체가기체로변할때흡수된열은기체가액체로응축될때다시방출된다
-100 C 의수증기가 100 C 의끓는물보다더위험한이유. - 수증기가피부에닿을때는체온이끓는점보다낮기때문에응결된다. - 물이응결될때기화열을방출하여 100 C 의물이가지지않는기화 ( 응축 ) 열을방출시켜끓는물보다더심한화상피해를준다.
(1) 기압과끓는점 물위의기압은물분자가얼마나빨리공기중으로빠져나가는지를조절한다. - 기화는물분자가액체위의대기압과같은정도의힘을낼수있는충분한에너지를얻었을때만일어날수있다. 물분자는가열됨으로서이러한에너지를얻는다.
순수한물은맑은날해수면위의대기압인정상기압에서는 100C 에서끓는다. 그러나정상기압보다더낮은기압에서는표면에서훨씬더낮은저항을받아물분자가쉽게빠져나간다. 즉기압을낮추면끓는점이낮아진다. 고도가높아짐에따라대기압은낮아지며, 그결과로물의끓는점은고도가매 293 m 상승할때마다 1C 씩떨어진다. 높은고도에서는물이낮은온도에서끓기때문에물속에서조리되는음식의조리시간은더오래걸릴수있다. 특히액체인경우에는조리법을바꾸어야할필요가있다.
일기예보에서저기압을예보한다면시럽의끓는점에성공여부가달려있는캔디나젤리를만들고자한다면다른날로미뤄제조하는것이낫다 ( 끓는점이낮아지는것을예상해야한다.) 밥솥의물이끓으면밀폐된뚜껑은수증기를잡아둔다. 수증기의압력이밥솥내부의기압에부가되므로증가된압력이물의끓는점을올려서음식이더빨리조리되게한다.
3) 승화고체상태가액체상태를건너뛰어바로기체상태가되는변화를승화라한다. 고체이산화탄소 ( 드라이아이스 ) 는대표적으로승화가일어나는물질 ; 고체상태의증기압이대기압보다크기때문에고체에서기체로변화하는것이다. 또한녹지않기때문에절대젖지않으며, 열을효과적으로흡수하기때문에냉장을위해많이쓰인다.
승화는냉동건조라는상업적인식품저장방법에도활용된다. ( 진공동결건조 / 진공상태에서얼음결정을기화시킴 ) 가장친숙한승화현상은냉동고에서오랫동안보관된음식에서일어나는승화현상이다. 오래냉동된식품에서볼수있는회색의건조상태는냉동화상때문이라고알려져있다. 음식속의얼음결정이승화할때이러한변화가일어난다. Ex) 언빨래가마르는현상나프탈렌드라이아이스
물질의상태가특정한온도, 압력에서고체, 기체, 액체의 3 상이모두평형을이루어공존하는상태
이산화탄소를높은압력, 낮은온도의조건을맞춰고체로변화시킨물질 ; 드라이아이스 승화하는성질 물이삼중점은 0.009 C, 4.58mmHg
4) 표면장력 액체의표면이스스로수축하여되도록작은면적을취하려는힘 - 물방울에서내부의분자들은다른분자들에의해완전 하게둘러싸여있으므로, 각분자들은모든방향으로똑같이서로를끌어당긴다. 따라서 net forece 는 zero. - 모든방향에서똑같이수소결합의힘을경험할수있다 표면의물분자들은아래와옆에서끌어당기는힘을느끼지만위로부터는그렇지않다. 그결과내부에서끌어당기는힘이생기고, 표면에있는물분자들이가장작은표면적을지니도록수축하게되고, 거의막처럼행동하게된다.
. 물을잔에가득채울때물의표면이잔의테두리보다바로위에서정지해있는것처럼보이는것이나연못물의표면에서곤충이쉬거나뛰건너뛰는현상은모두물의표면장력이라고불리는물의특성때문이다. 표면장력은액체의표면에서내부로향하는힘이거나내부로끌어당기는힘이다. ex) 기체에접하는액체의표면은구상이다 - 물혹은수용액등의액체를공기중에떨어뜨리면그표면은구상에가깝다. - 비가공모양의물방울로내리는것 ( 공모양은어떤물질이지닐수있는가장촘촘한기하학적모양이다. ) Ex) 물을왁스, 종이등의표면에떨어뜨리면구형의물방울예외 ) 커다란물방울은중력에의해서평평하게된다.
물의표면장력은온도의상승에따라감소한다. 물속에있는여러가지물질이용해할때에상승또는감소한다. 표면장력의크기 Ex) 수은 > 물 > 비눗물 > 에탄올 Ex) 표면장력을낮추는것은세제가옷을세탁하는원리이기도하다. 세제는수소결합의형성을방해한다. 따라서물분자가서로끌어당기는것을감소시켜표면장력을작게하므로, 물은직물을더쉽게통과하게된다..
액체 온 도 C 표면장력, γ 이소프로판올 20 21.7 수은 15 487 M에탄올 20 22.6 n-옥테인 20 21.8 염화나트륨 6.0M 수용 액 20 82.55 자당 (55%) + 물 20 76.45 물 0 75.64 물 25 71.97 물 50 67.91 물 100 58.85
액체 온 도 C 표면장력, γ 아세트산 20 27.6 아세트산 (40.1%) + 물아세트산 (10.0%) + 물 30 40.68 30 54.56 아세톤 20 23.7 다이에틸에테르 20 17.0 에탄올 20 22.27 에탄올 (40%) + 물 25 29.63 에탄올 (11.1%) + 물 25 46.03 글리세롤 20 63 n-헥세인 20 18.4 염산 17.7M 수용액 20 65.95
3. 물과식품 1) 식품에서의물함량외관상으로들어나지는않지만, 어떤식품들은대분분이물로이루어져있다. 과일, 채소, 고기는 70-90% 정도가물이다. 자유수는슬라이스나육면체로썰었거나건조된식품에서쉽게분리될수있다. 한조각의빵을토스터기에넣어구우면빵의표면에서자유수가증발되면서바삭해진다.
식품에서쉽게분리될수없는물을결합수라고한다. 식품성분의분자에서다양한화합물들이물과결합한다. 다른물질들과반응할수없으며, 0C 보다훨씬더낮은온도에서만얼고증발하지않는다. 건조한젤라틴을물에넣는것은물이식품성분에결합되었을때어떤일이일어나는지를보여주는좋은예로써, 몇분안에물은더이상흐를수없는결합수가되는것을볼수있다.
자유수는과일로부터즉시분리된다.
2) 열전달매체로서의물 레인지위에팬을올려놓고감자를가열할때감자의바닥은감자전체가익기전에타버릴것이다. 만약팬에물을넣는다면물은열전달의매체가된다. 물은팬바닥을통해열을흡수해서균등하게감자를익힐것이다.
3) 용매로서의물용액에서어떤물질을용해시키는물질을용매라고하고용해되는물질을용질이라고한다. 어떤물질에용해될수있는성질을가용성이라고한다. 특정온도에서주어진용매에용해될수있는최대의용질의양을그물질의용해도라고한다. 극성공유화합물로서물은매우다양한물질을용해할수있으며, 따라서물을일반적만능용매라고부른다.
- 극성분자로서물은이온화합물을용해할수있다. 예를들어염화나트륨이물에섞일때물의음전하를띠는산소는양전하의나트륨이온을끌어당기고양전하를띠는산소분분은음이온의염소를끌어당긴다. 이온성분을분리한후다른물분자들로그들을둘러싼다.
극성물분자는음성과양성부분을가지고있다. 염화나트륨이물에서용해되면물분자의한쪽이나트륨이온을끌어당기고다른쪽은염소이온을끌어당긴다.
물분자들은이온결합화합물이외에도여러가지화합물에대한좋은용매로서작용한다. 용매로서물의뛰어난능력은식품의비타민이나무기질에도효과적으로작용하기때문에문제가될수있다. 즉수용성영양소들은조리하는물에용해되어음식준비과정에서손실될수있다
마요네즈는대표적인유화액이다.
(1) 경수 경수란칼슘이나마그네슘이온을함유하고있는물이다. 이런금속물들은물이지표면을지나갈때물에용해되어존재한다. 이러한금속이온들이들어있지않은물을연수라고한다.
경수는물이식품을부드럽게하는작용을방해할수있다. ex) 건조된콩, 완두콩, 렌즈콩은경수에서더오래조리해야물러진다. 아이스티같은음료수는경수로제조하면혼탁하게변할수있다.( 음료의탄닌과상호작용 ) Ex) 경수는연수만큼비누를효과적으로용해시키지못한다. - 경수로세탁된빨래는회색의막이생기기도한다. - 식기세척기에서경수로세척된접시들은종종 물자국이나타난다.
경수의이온을제거하는방법제거하는방법은물이일시적으로경수인지아니면영구적으로경수인지에달렸다 일시경수는중탄산염 ( 중탄산칼슘, 중탄산마그네슘 ) 을포함하고있다
- 일시경수는가열함으로써연수가될수있다. 열을가함으로중탄산염은분해되지않는탄산염으로바뀌며형성된결합물은물속에서용해되지않고용기바닥에가라앉는다. 오랫동안사용된차주전자에서이러한현상을볼수있다. Ca(HCO 3 ) 2 CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Mg(HCO 3 )2 MgCO 3 + H 2 O + CO 2
황산염 ( 황산칼슘, 황산마그네슘 ) 이들어있는물은영구경수이다. 영구경수에서칼슘이나마그네슘을제거하기위해서는이온교환필터를통과하거나화학처리를거쳐야한다경수가있는지역에서는소비자들이금속이온을제거하기위해서물을연하게해주는기구를사용한다.
4) 분산매체로서의물 물은콜로이드분산이라고불리는혼합물의매체가될수있다이것은진용액이아닌균질혼합물이다. 진용액과비교해서콜로이드분산은비교적큰용질입자를포하하고있다. 이러한입자를콜로이드라고한다. 콜로이드는원자나이온이나대분분의분자보다크지만현미경으로볼수있을만큼크지는않다. 대신에콜로이드입자는용매전체에고르게흩어져있거나분산되어있다.
10-5 ~10-7 cm 콜로이드분자는용액에서용해되는전형적인이온이나분자보다 10 배나 100 배정도큰덩어리들이다하지만보일정도로크지는않다
국제도량형킬로미터 10 10-13 미터 10-9 데시미터 10-8 센티미터 10-7 밀리미터 10-6 마이크로미터 10-3 나노미터 1 옹스트롬 10
물을포함하고있는가장흔한콜로이드분산은 유화액이다. 유화액은서로섞이지않는액체의혼합물이다. 각액체들의분자들이다른액체의분자보다서로에게더강하게끌리기때문에서로분리되어있다, 유화액은흔히물과같은극성의분자로구성된액체와비극성의분자로구성된액체로이루어진다. 기름과식초의혼합이흔한예이다.
이두분자들은서로섞일수없지만, 유화제를첨가하면잘섞이게된다. 유화제는한쪽에는극성이고다른한쪽에는비극성인분자들로이루어진물질이다. 극성인쪽은물분자에끌리고, 다른쪽은기름분자에끌린다..